Herstellung von Verbindungen aus mehreren Materialien für die Fahrzeuge und Flugzeuge der Zukunft
Kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe (CFK) gehören zu den modernsten Technologien für die Automobil- sowie Luft- und Raumfahrtindustrie. Die Art und Weise, wie sie hergestellt und montiert werden, kann jedoch ihrLeistungspotenzial beeinträchtigen. „Traditionelle Verbindungssysteme können nicht die höchste Leistung gewährleisten, die Materialien in ihren Endprodukten bieten könnten. Durch den Einsatz neuer fortschrittlicher Verbindungstechnologien und die Einbindung eines Designs aus mehreren Materialien in die Montagekette kann die Leistung verbessert werden“, so Pilar Rey, Projektkoordinatorin von ComMUnion. Das Projekt ComMUnion kombinierte mehrere innovative Technologien in einem robotergeführten Montageprozess, der die kostengünstige Herstellung hochleistungsfähiger 3D-Metall- und CFK-Materialien ermöglichen wird. Durch das ComMUnion-System kann die mechanische Leistung im Automobilbereich um bis zu 30 % erhöht oder das gleiche Leistungsniveau bei gleichzeitiger Reduzierung des Fahrzeuggewichts beibehalten werden. Dies bringt sowohl ökologische als auch funktionale Vorteile. Die Verwendung von weniger Metall bei der Herstellung verringert die Umweltbelastung, während die Gewichtsreduzierung zu einem geringeren Kraftstoffverbrauch und weniger Treibhausgasemissionen führt. „Damit würden der CO2-Fußabdruck um 10 bis 15 % und die gesamte Umweltbelastung um 10 % reduziert“, sagt Rey. Als Ergebnis der Entwicklungen des Projekts im Bereich Luft- und Raumfahrttechnologien wurde ein neues Forschungsfeld für die Implementierung von ComMUnion-Technologien in zukünftigen Flugzeugen eröffnet.
Montagelinie der Zukunft
Eine der technologischen Entwicklungen ist der Laserkopf für die Oberflächenbeschichtung, der zur Hochgeschwindigkeitsstrukturierung und -beschichtung der Oberfläche der 3D-Metallkomponenten verwendet wird. „Dabei werden mittels Hochgeschwindigkeits-Polygon-Laserscanning Oberflächenmuster zusammen mit einer zweiten Ablenkachse erzeugt, um so hocheffiziente 3D-CFK-/Metall-Grenzflächen zu erhalten“, erklärt Rey. Durch den Einsatz des Laserkopfes zum Beschichten erreichte das Team Verbindungsfestigkeiten, die mit denen hochfester Klebstoffe vergleichbar waren. Mit diesem neuartigen System für die Hochgeschwindigkeitsfertigung können CFK-Materialien in Bandform, in verschiedenen Längen und Breiten hergestellt werden, wodurch Produktivität, Flexibilität und Qualität gesteigert werden. Das ComMUnion-System verfügt außerdem über ein selbstanpassendes System, mit dem das Verbindungsverfahren schrittweise so geändert werden kann, dass die höchstmögliche Qualität und Genauigkeit des Verfahrens sichergestellt wird. Die Herstellung von kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen stellt in der Regel ein kostspieliges Unterfangen dar, vor allem aufgrund der Rohstoffkosten. Der Ansatz von ComMUnion besteht darin, diese Materialien nur bei Bedarf zu verwenden, anstatt zu versuchen, eine gesamte Metallkomponente durch eine Version eines aus mehreren Materialien bestehenden Verbundwerkstoffes zu ersetzen. Dadurch werden zudem auch Kosten eingespart. „Es mangelt an Kenntnissen über diese Materialien und wie sie in Komponenten aus mehreren Materialien wirken. Das Erschließen von mehr Kenntnissen über kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe und die Anwendung dieses Wissens auf das Design aus mehreren Materialien werden die Zeit für die Implementierung dieser Lösungen verkürzen“, so Rey.
Fortschrittliche Materialien
Das Projekt führte zwei Pilotversuche für die Automobil- und Luftfahrtindustrie durch, um die Skalierbarkeit des Verbindungsverfahrens mit verschiedenen Metallen (Titan und hochfester Stahl) und kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen zu demonstrieren. Die nächsten Schritte für das Projekt ComMUnion sehen die weitere Verbreitung und Nutzung der Ergebnisse vor, entweder in Zusammenarbeit mit Partnern oder allein. Dies beinhaltet die Beantragung zusätzlicher Mittel für neue Projekte oder auch die Teilnahme an von der Europäischen Kommission geförderten Clusterinitiativen. Beispiele hierfür sind das Projekt DIMOFAC, in dem einige ComMUnion-Partner diese Technologien weiter erforschen werden, oder der Common Dissemination & Exploitation Booster, in dem eine Reihe von Projekten, selbst nach Abschluss der Projektlaufzeit, ihre Ergebnisse weiterhin zur Erreichung neuer Ziele nutzen.
Schlüsselbegriffe
ComMUnion, Verbindungen, Luft- und Raumfahrt, Automobil, Robotertechnik, Technologien, Metalle, Kohlenstofffaser
