UVPult - Nachverformbare Pultrusionsprofile durch schaltbare Härtung einer UV-Matrix

Abstract

Zur Sicherung von Marktanteilen ist es für den europäischen, insbesondere den deutschen Fahrzeug-bau erforderlich, technologische Alleinstellungsmerkmale zu entwickeln, die nur schwer oder nicht kopierbar sind. Vor dem Hintergrund der fortschreitenden Elektrifizierung von Kraftfahrzeugen, der da-mit einhergehenden steigenden Fahrzeuggewichte, sowie zunehmend strenger Sicherheitsanforderungen, stellt der konsequente Einsatz eines wirtschaftlichen Leichtbaus eine Schlüsseltechnologie dar. Durch eine gezielte Gewichtsreduktion kann der CO₂-Ausstoß über die gesamte Nutzungsdauer eines Fahrzeugs signifikant reduziert werden und somit ein wesentlicher Beitrag zur Erreichung klimapolitischer Ziele geleistet werden. Wichtig dafür ist der Einsatz eines ganzheitlichen nachhaltigen Leichtbaus durch innovative Konstruktionskonzepte und Fertigungstechnologien, die nicht nur während der Nutzungsphase, sondern bereits in der Herstellung eine Reduktion des CO₂-Ausstoßes ermöglichen. Besonders vielseitige und lastpfadgerechte Konstruktionslösungen lassen sich durch den Einsatz von Faserverbundkunststoffen (FVK) re-alisieren. Aufgrund der gezielten Ausrichtung, Länge und Anordnung der Verstärkungsfasern können FVK-Bauteile maßgeschneidert an die jeweiligen mechanischen Beanspruchungen angepasst werden. Durch kontinuierliche technologische Weiterentwicklungen wird zudem die wirtschaftliche Herstellung von FVK-Bauteilen zunehmend auch für die Großserie möglich. Eine zentrale Schlüsseltechnologie für die wirtschaftliche Großserienfertigung von FVK-Bauteilen ist die Pultrusion (Strangziehen). Dieses kontinuierliche Herstellverfahren erfüllt insbesondere die Anfor-derungen der Automobilindustrie hinsichtlich Produktivität, Reproduzierbarkeit und Wirtschaftlichkeit. Ein wesentlicher Nachteil der bislang etablierten thermischen Pultrusionsprozesse besteht jedoch darin, dass ausschließlich Bauteile mit konstantem Querschnitt hergestellt werden können. Diese Einschränkung limitiert den Einsatz der Technologie erheblich, da viele hochbelastete Strukturbauteile, insbesondere im Fahrzeugbau, variierende Querschnitte erfordern. Erste Forschungsarbeiten zur Erweiterung der Pultrusion auf inkonstante Querschnitte existieren bereits, befinden sich jedoch über-wiegend in einem frühen Entwicklungsstadium und sind derzeit nicht großserientauglich. Zur Befähigung der Pultrusion zur Herstellung inkonstanter Querschnitte stellt der Einsatz von UV-härtenden Harzsystemen einen vielversprechenden Ansatz dar. Durch eine präzise zeitliche und räumliche Taktung der UV-Strahlungsquelle können innerhalb des kontinuierlichen Prozesses gezielt sequentiell ausgehärtete und unausgehärtete Bereiche erzeugt werden. Diese Prozessführung ermöglicht eine nachgeschaltete Umformung der noch nicht ausgehärteten Bereiche und eröffnet damit neue Freiheitsgrade in der Bauteilgeometrie. Im Rahmen des vorliegenden Forschungsprojekts soll der Grundstein zur technologischen Befähigung der UV-Pultrusion für die Herstellung von Bauteilen mit inkonstantem Querschnitt gelegt werden. Als Demonstratorbauteile dienen hochbeanspruchte Komponenten aus dem Fahrwerksbereich, anhand derer die technologische Machbarkeit sowie das Leichtbaupotenzial exemplarisch aufgezeigt werden sollen.