Durch Funktionsintegration können im Automobilbau Gewicht, Bauraum und Kosten reduziert werden, weil auf bestimmte Komponenten verzichtet werden kann. Der Montageaufwand fällt ebenfalls geringer aus. Ermöglicht wird dadurch die integrale Zusammenfassung von Teilen, da die Zugänglichkeit für bestimmte Montageschritte nicht mehr gewährleistet werden muss. Im Verbundprojekt „TechnoHyb“ des LeichtbauCampus Open Hybrid LabFactory forscht das Institut für Konstruktionstechnik der Technischen Universität Braunschweig im Forschungsschwerpunkt Mobilität an Prozess- und Werkzeugtechnologien für funktionsintegrierte hybride Bauweisen. Ziel ist die Entwicklung einer Technologie für die Fahrzeuggroßserienproduktion.

Das Ziel von „TechnoHyb“ ist die Entwicklung wirtschaftlicher funktionsintegrierter Karosseriesysteme in Hybridbauweise und die Entstehung von Werkzeug- und Prozesstechnologien für die Großserienfertigung. Hierfür werden Ansätze zur Funktionsintegration mit Blick auf ihre Fertigbarkeit und ihre Auswirkungen auf das Werkzeug analysiert und ausgewählt. Die Umsetzbarkeit wird stufenweise (Probekörper-, Funktionsmuster-, Demonstrator-Ebene) untersucht.

Produktion der funktionsintegrierten Heckklappe

Konkret geht es im Projekt um die Produktion von Fahrzeugheckklappen. Die gewonnenen Erkenntnisse können jedoch auch auf andere Anwendungsfälle übertragen werden.

Im Rahmen von „TechnoHyb“ leitet das Institut für Konstruktionstechnik (IK) der TU Braunschweig die Analyse der Anforderungen an die funktionsintegrierte Heckklappe. Das IK zeigt Ansätze zur Funktionsintegration sowie zur Erarbeitung von Werkzeugen und Methoden für die Entwicklung funktionsintegrierter Bauteile auf.

Außerdem sind die Braunschweiger Forscherinnen und Forscher an der Konzeptentwicklung für unterschiedliche Integrationsstufen beteiligt. Im Bereich Fertigung wird das IK in Zusammenarbeit mit den Projektpartnern ein Greifersystem entwickeln und aufbauen, das das Handling der für die Funktionsintegration benötigten Halbzeuge im Fertigungsprozess übernimmt.

Bauteile zusammenfassen, Funktionen verbessern

Funktionsintegration steht für zahlreiche konstruktive Vorgänge. Erzielt werden entweder mehr Funktionen bei gleichbleibender oder geringerer Anzahl von Bauteilen oder eine gleichbleibende Funktionsanzahl bei weniger Bauteilen. Zum Beispiel können mehrere Bauteile zu einem Bauteil zusammengefasst oder funktionale Komponenten wie Sensoren und Leitungen in Materialien eingebettet werden.

Hier kommt die Hybridbauweise ins Spiel, bei der Materialien mit unterschiedlichen Eigenschaften kombiniert werden. Dieses Vorgehen bietet viele Möglichkeiten, nichtstrukturelle Funktionen in Strukturbauteile zu integrieren. Strukturbauteile im Automobilbau sind Bauteile, die vor allem mechanische Aufgaben erfüllen. Dies betrifft hauptsächlich die Karosserie samt der Tragstrukturen von Türen und Klappen. Nichtstrukturelle Funktionen haben keine aussteifende bzw. mechanische Bedeutung, beispielsweise bei Stromkabeln, Leitungen, Bedienelementen sowie Heizstrukturen.

Reparatur- und Recyclingfähigkeit sicherstellen

Die Funktionsintegration kann einen großen Beitrag zur breiten Anwendung der Hybridbauweise leisten. Allerdings sind einige Herausforderungen zu bewältigen, beispielsweise die Sicherstellung von Funktionalität sowie Reparatur- und Recyclingfähigkeit. Zudem müssen die Bauteile in Serienprozessen umsetzbar sein, um einen breiten Einsatz erreichen zu können. Die Eignung für die Großserie wird dadurch sichergestellt, dass großserientaugliche Herstellungsverfahren angewendet werden. Eine Schwierigkeit besteht zum Beispiel darin, dass die Komponenten bestimmte Prozessdrücke oder -temperaturen aushalten müssen. Hinreichende Oberflächenqualitäten der Außenhaut sind zu gewährleisten.

Das Projekt TechnoHyb ist am 15.11.2020 gestartet und endet am 31.12.2024. Das Gesamtprojektvolumen liegt bei rund 6,2 Millionen Euro, wobei die Förderung des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) 3,3 Millionen Euro beträgt. Die TU Braunschweig erhält davon 856.000 Euro. Partner sind neben der TU Braunschweig die C-CON GmbH, das Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik der Fraunhofer Gesellschaft, die INVENT GmbH, die Porsche AG und Volkswagen AG.

Quelle: TU Braunschweig

 

(Bild: Tim Fröhlich/TU Braunschweig)