Leichtbau serientauglich machen
24.04.2017

Bild 1: Auf dem Weg zur Serie: CFK-Bearbeitung in 3D. (Foto: LZH)

Bild 2: Automatisiert geschäftete CFK-Oberfläche. (Foto: LZH)

Immer mehr Autobauer setzen auf Karosserieteile aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK). Dennoch müssen Fertigungs- und Reparaturkosten weiter gesenkt werden, um CFK kostengünstig nutzbar zu machen. Das Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) hat daher zusammen mit der Volkswagen AG und fünf weiteren Partnern im Projekt HolQueSt 3D Laserprozesse zum automatisierten Besäumen, Bohren und Reparieren von dreidimensionalen Bauteilen entwickelt.

Automatisiert ablaufende Bearbeitungsprozesse sind die Grundlage, um CFK-Bauteile endgültig in die Serienproduktion zu bringen. Ausgerichtet an einem Realbauteil aus der Automobilbranche hat das LZH im Projekt HolQueSt 3D Prozesse zum Schneiden von dreidimensionalen Bauteilen entwickelt. Der von der Trumpf Laser GmbH neu entwickelte Hochleistungsscheibenlaser mit einer Pulsdauer von tp = 30 ns und einer maximalen mittleren Leistung von PL = 1500 W bildete dafür die Grundlage. Die KMS Automation GmbH hat Spannvorrichtungen entworfen, die an die verschiedenen Besonderheiten bei der Lasermaterialbearbeitung angepasst wurden. Eine Absaugung zur Erfassung der Prozessemissionen ist direkt in der Spannvorrichtung integriert. Der Einfluss der Laserbearbeitung auf die Eigenschaften der Bauteile sowie auf mögliche Folgeprozesse wurde von den Firmen Volkswagen AG und INVENT GmbH untersucht.

Reparatur: Gekrümmte Oberflächen schäften
„Dreidimensionale CFK-Bauteile zu reparieren ist momentan sehr aufwendig und kostenintensiv“, erklärt Sven Blümel, Projektverantwortlicher aus der Gruppe Verbundwerkstoffe des LZH. „Wir können nun Bauteile mit gekrümmten Oberflächen mit geringen Prozesszeiten zur Reparaturvorbereitung schäften. Anschließend werden die Schäftungen mit passgenauen Ersatzstücken, sogenannten Patches, wieder verschlossen. Das ist ein wichtiger Schritt, um die Lebenszeit von CFK-Karosserieteilen zu verlängern.“ Das Konzept für nachfolgende Reparaturschritte hat dabei das Institut für Polymerwerkstoffe und Kunststofftechnik (PuK) der Technischen Universität Clausthal entwickelt und umgesetzt.

Prozessemissionen direkt auffangen
Für einen sicheren Arbeitsplatz müssen Prozessemissionen typischer Prozesse bekannt und kontrollierbar sein. Die Gruppe Sicherheitstechnik des LZH hat deshalb die Schneid- und Schäftprozesse auf die entstehenden Emissionen untersucht. Basierend auf der Zusammensetzung der Prozessemissionen hat die Jenoptik Automatisierungstechnik GmbH ein vollständig regeneratives, kontinuierlich arbeitendes Abluftreinigungssystem entwickelt, das ohne zusätzliche Filterstoffe auskommt.

Der Anwendungsbezug stand beim Projekt HolQueSt 3D klar im Fokus. Die Volkswagen AG hat den gesamten Entwicklungsprozess begleitet. „Mit dem erfolgreichen Abschluss des Projekts sind wir einen wichtigen Schritt auf dem Weg zur Serie voran gekommen,“ schließt Sven Blümel.

Über HolQueSt 3D
Das Projekt „3D Hochleistungs-Laserbearbeitung zur Qualitäts- und Durchsatzsteigerung für die prozesssichere, automatisierte Fertigung von CFK-Leichtbau-Strukturen“ (HolQueSt 3D) wurde vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) innerhalb der Förderinitiative „Photonische Verfahren und Werkzeuge für den ressourceneffizienten Leichtbau“ mit ca. 4 Mio. Euro gefördert. Beteiligte Partner sind die Volkswagen AG, Jenoptik Automatisierungstechnik GmbH, Trumpf Laser GmbH, Invent GmbH, KMS Automation GmbH, TU Clausthal sowie das Laser Zentrum Hannover e.V.

Zu der Pressemitteilung gibt es zwei Bilder.

Pressemitteilung zum Download: 

 

Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH)

Als unabhängiges gemeinnütziges Forschungsinstitut steht das Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) für innovative Forschung, Entwicklung und Beratung. Das durch das Niedersächsische Ministerium für Wirtschaft, Arbeit und Verkehr geförderte LZH widmet sich der selbstlosen Förderung der angewandten Forschung auf dem Gebiet der Photonik und Lasertechnologie. 1986 gegründet arbeiten inzwischen über 170 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter am LZH.

Der Fokus des LZH liegt auf den Bereichen Optische Komponenten und Systeme, Optische Produktionstechnologien und Biomedizinische Photonik. Die interdisziplinäre Zusammenarbeit von Naturwissenschaftlern und Maschinenbauern ermöglicht innovative Ansätze für Herausforderungen verschiedenster Bereiche: von der Komponentenentwicklung für spezifische Lasersysteme bis hin zu Prozessentwicklungen für die unterschiedlichsten Laseranwendungen, zum Beispiel für die Medizintechnik oder den Leichtbau im Automobilsektor. 17 Ausgründungen sind bis heute aus dem LZH hervorgegangen. Das LZH schafft so einen starken Transfer zwischen grundlagenorientierter Wissenschaft, anwendungsnaher Forschung und Industrie.