Stabiler als Alu

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Doch noch gibt es großen Forschungs- und Entwicklungsbedarf bei den Kohlenstofffasern: Denn CFK werden völlig anders als Metalle hergestellt und verarbeitet. Die Materialien werden nicht gegossen oder gewalzt, sondern gewoben, geklebt und gebacken. Ein großer Vorteil: Sogar komplexe Bauteile können so komplett in einem Stück vorgefertigt werden. Doch noch sind Technologien zur günstigen Massenfertigung solcher Materialien rar.

Um das enorme Leichtbaupotenzial der Faserverbundwerkstoffe zu erschließen, arbeiten Forscher daher an Konzepten, die eine faser- und textilgerechte konstruktive Gestaltung, neuartige Bauweisen, aber auch neue Struktur- und Werkstoffkonzepte sowie großserienfähige Fertigungstechnologien mit hohem Automatisierungsgrad einschließen. „Voraussetzung für eine Fertigung von Faserverbundkomponenten in Großserien des Fahrzeug- und Maschinenbaus ist, dass sich die Hightech-Werkstoffe kostengünstiger fertigen lassen“, betont Professor Frank Henning, stellvertretender Direktor des Fraunhofer-Instituts für Chemische Technologie ICT.

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Crashtests bestanden

Das ICT arbeitet unter anderem an Fertigungstechnologien, um langfaserverstärkte Thermoplaste (LFT) lokal mit Endlosfasern zu verstärken. Das Verfahren ermöglicht die kostengünstige Produktion von funktionsintegrierten Bauteilen. Doch halten so gefertigte Komponenten auch den Belastungen im Auto stand? Ja. Forscher des ICT haben gemeinsam mit der Industrie einen mit LFT-Technologie gefertigten Frontendmontageträger getestet. Das versteckte Bauteil trägt die Scheinwerfer, die Motorhaubenverriegelung und die Lüfterzarge. Der völlig metallfreie Träger erfüllt bei einem Fahrzeugcrash mit 64 Kilometern pro Stunde die Anforderungen.

Ob sich die Faserverbundwerkstoffe auch für höchstbeanspruchte und sicherheitsrelevante Bauteile wie Autofelgen eignen, haben Fraunhofer-Forscher in dem Fraunhofer-internen Projekt „WISA Hochfest“ untersucht. Sie fertigten dabei Felgen aus Sheet-Moulding-Compound-Material (SMC). SMCs sind langfaserverstärkte Kunststoffstrukturen, die sich mit Presstechnik verarbeiten lassen. Die Tests und Berechnungen zeigen: Die faserverstärkten Kunststoffe sind sehr schadenstolerant und Fahrzeugrädern aus dem Leichtmetall Aluminium deutlich überlegen.

Produktionstechnologie als Herausforderung

„Die Entwicklung und Integration der Leichtgewichte ist keine einfache Aufgabe – leistungsfähige Materialien und innovative Füge- und Produktionstechnologien müssen aufeinander abgestimmt werden“, beschreibt Professor Henning die Herausforderungen. An genau diesen Herausforderungen arbeiten Wissenschaftler dreier Fraunhofer-Institute (ICT, IWM und LBF) mit Industriepartnern, der Universität Karlsruhe und dem Kompetenzzentrum Fahrzeugleichtbau im Innovationscluster „KITe hyLITE Technologien für den hybriden Leichtbau“ zusammen. Aufbauend auf den experimentellen Ergebnissen haben die Forscher bereits ein numerisches Modell aufgebaut und entwickeln ideal angepasste Prüfkonzepte.