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News: 07/30/2018

LEISTER-Lasertechnologie im EU-Förderprojekt FlexHyJoin

Umso leichter, umso wirtschaftlicher. Denn je leichter Fahrzeuge, Flugzeuge oder Raumfähren sind, desto weniger Kraft- bzw. Treibstoff benötigen sie. In der Elektromobilität hat das Gewicht einen Einfluss auf die Kilometerzahl, die mit einer Batterieladung zurückgelegt werden kann. Insgesamt hat also das Gewicht in den Bereichen Automotive, Luft- und Raumfahrt eine enorme wirtschaftliche Bedeutung für die jeweiligen Industriezweige. Leichtbau heisst das Zauberwort, aber wie und womit?

Multi-Material-Design gewinnt an Bedeutung

Aufgrund der aktuellen Klimakonventionen in der Politik, vor allem in der Automobilindustrie, gewinnt das Multi-Material-Design für den Leichtbau immer mehr an Bedeutung. Durch Metall-Kunststoff-Hybridverbindungen soll Gewicht reduziert werden, denn Kunststoff ist leichter als Metall. Diese neuen Werkstoffkombinationen erfordern neue bzw. angepasste Fügeverfahren.

 

EU-Förderprojekt "FlexHyJoin"

Das Projekt FlexHyJoin (Flexible production cell for hybrid joining) wurde im Rahmen des EU-Forschungsprogrammes Horizon 2020 lanciert und wird von der EU gefördert.

 

Horizon 2020 hat das übergeordnete Ziel, die globale Wettbewerbsfähigkeit Europas zu sichern, das Wirtschaftswachstum anzukurbeln und Arbeitsplätze zu schaffen.

 

Worum geht’s? FlexHyJoin ist eine Abkürzung und steht übersetzt für flexible Produktionszelle für das Hybridfügen. Im Rahmen des Projekts wird der Prototyp einer vollautomatischen Produktionszelle entwickelt, die eine dreistufige Prozesskette zur Verbindung von Metall mit Kunststoffkomponenten beinhaltet.

 

Die Produktionszelle umfasst nicht nur das Laserfügen für komplexe Geometrien von Leister Technologies AG, sondern auch das Induktionsfügen, das Laserstrukturieren von Metalloberflächen und die zerstörungsfreie Prüfung der Verbindung auf gute und zuverlässige Festigkeit. Neben der Prozessentwicklung bei den einzelnen Systemen liegt der Fokus des Projektes auf Flexibilität und Automatisierung. Zur Veranschaulichung des Prozesses wird folgendes Bauteil in der Produktionszelle gefügt.

 

Glasfaserverstärkter Kunststoff statt Blech

Bei dem produzierten Demonstrator-Bauteil – wie oben abgebildet – handelt es sich um die Dachversteifung eines Autos (Modell Fiat "Panda") des Projektpartners CRF. Die derzeit rein aus Metall bestehende Dachversteifung wird zur Gewichtsersparnis durch glasfaserverstärkten Kunststoff und drei Bleche ersetzt. Zur besseren Visualisierung wurde die betreffende Dachversteifung im folgenden Bild blau eingefärbt. Die beiden spiegelverkehrten Seitenbleche stellen das Bindeglied zur Karosserie dar und werden durch ein Lasersystem von der Leister Technologies AG mit dem Kunststoffbauteil gefügt. Das Mittelblech ist das Bindeglied zu Komponenten des Fahrzeuginnenraums.

 

Modell Karosserie Fiat Panda mit Bauteil zur Dachversteifung (blau)

 

Leister Technologies AG entwickelt Laser-Fügesystem

Die Hauptaufgabe der Leister Technologies AG innerhalb des Projektes ist das Entwickeln des Laser-Fügesystems, um die Machbarkeitsstudien des Vorgängerprojektes "Ybridio" vom Labor- in den Serienmassstab zu überführen. Daher muss das Verfahren hinsichtlich der richtigen Bestrahlung und Druckverteilung an die komplexe und dreidimensionale Geometrie der Dachversteifung angepasst werden.

 

Aber wie wird der Kunststoff mit dem Metall verbunden?

In die Metalloberfläche werden mit einem Laser kleine Strukturen eingebracht. In diesem Fall handelt es sich dabei um tropfenförmige Vertiefungen. Dieser Teil des Prozesses ist Aufgabe des Fraunhofer Instituts für Lasertechnik und gut sichtbar im Video, das in diesen Beitrag eingebettet ist.

 

Wenn das Metall mit dem Laser vorbereitet wurde, kommt die Leister Technologies AG zum Einsatz.

 

Mittels LEISTER-Laser wird nun der glasfaserverstärkte Kunststoff aufgeschmolzen und unter Druck in die Vertiefungen der Metalloberfläche gepresst. Sobald er die Strukturen ausgefüllt hat und abgekühlt ist, entsteht eine mechanische Metall-Kunststoff-Verbindung.

 

Früher war das gesamte Bauteil aus Metall. Dadurch, dass nun ein Teil des Metalls durch Kunststoff ersetzt wird, ist das Bauteil etwa 30 Prozent leichter. Wenn mehr Bauteile des Fahrzeugs aus Metall und Kunststoff zusammengesetzt werden, ergibt sich in der Summe eine Gewichtsreduktion, die durchaus Einfluss auf den Benzinverbrauch hat.

 

Sehen Sie im Video den Ablauf des Prozesses – teilweise verkürzt bzw. beschleunigt

 

 

Prozess ist abhängig von Materialeigenschaften

Im Allgemeinen hängt der Prozess von den Materialeigenschaften der Komponenten ab. Auf der Kunststoffseite ist die Transparenz für Laserstrahlung ein wichtiger Faktor. Ist der Kunststoff für die Laserstrahlung nicht transparent, müssen die Proben - wie in diesem Projekt - von der Metallseite bestrahlt werden, was zu einer höheren Bedeutung der Metall-Oberfläche führt.

 

Als Konkurrenzverfahren zur Verklebung kommt dieses Verfahren mit geringen Taktzeiten und ohne Zusatzmaterial aus.

 

Ab Anfang 2019 wird die Produktionszelle potenziellen Kunden vorgestellt

Das FlexHyJoin-Projekt ist zum Jahresende 2018 abgeschlossen. Danach befindet sich die Produktionszelle für mindestens drei Jahre bei der im deutschen Wilhelmsdorf (bei Nürnberg) ansässigen Gubesch Group. Während dieser Zeit haben die Projektpartner die Möglichkeit, die Produktionszelle potenziellen Kunden vorzustellen.

 

Detaillierte Informationen über das Projekt und die daran teilnehmenden Unternehmen finden Sie unter www.flexhyjoin.eu und in dieser Dokumentation.

 

Projektpartner

CRF Centro Ricerche FIAT S.c.p.A., Italien

EDAG Engineering GmbH, Deutschland

FILL Gesellschaft m.b.H., Österreich

Fraunhofer ILT, Deutschland

Fundación Tecnalia Research & Innovation, Spanien

HBW-Gubesch Thermoforming GmbH, Deutschland

Institut fuer Verbundwerkstoffe GmbH (Projektkoordinator), Deutschland

KGR S.p.A., Italien

Leister Technologies AG, Schweiz

New Infrared Technologies S.L., Spanien

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