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22.10.2018

Metall-Kunststoff-Hybrid mit Vestamelt Hylink

Kombiniertes Tiefzieh- und Pressverfahren

  • Der Längslenker aus hochfestem Stahlblech und Vestamid PA12 mit 40 Prozent Langglasfasern ersetzt das Vollmetallteil und reduziert das Gewicht um etwa 20 % (© Evonik)

    Der Längslenker aus hochfestem Stahlblech und Vestamid PA12 mit 40% Langglasfasern ersetzt das Vollmetallbauteil und reduziert das Gewicht um etwa 20% (© Evonik)

  • Auf der Fakuma 2018 wurde das Verfahren mit dem Haftvermittler an einem Längslenker einer Pkw-Hinterachse demonstiert (© Hanser/ F.Gründel)

    Auf der Fakuma 2018 wurde das Verfahren mit dem Haftvermittler an einer Pkw-Hinterachse demonstiert (auf der rechten Seite des Trägers, © Hanser/ F.Gründel)

  • Durch die Entwicklung eines integrierten Fertigungsverfahren mit Metall, Haftvermittler und Kunststoff sollte nicht nur die Herstellung effizienter werden, sondern auch das Bauteil leichter werden (© Hanser/ F.Gründel)

    Durch die Entwicklung des integrierten MultiForm-Fertigungsverfahren mit Metall, Haftvermittler und Kunststoff sollte nicht nur die Herstellung effizienter, sondern auch das Bauteil leichter werden (© Hanser/ F.Gründel)

  • Zunächst wird ein langglasfaserverstärktes Compound zu einem formbaren Halbzeug extrudiert. Dabei sind viel längere Fasern als beim herkömmlichen Spritzgießen zu verwenden, was die Stabilität steigert (© Hanser/ F.Gründel)

    Zunächst wird ein langglasfaserverstärktes Compound zu einem formbaren Halbzeug extrudiert. Dabei sind wesentlich längere Fasern als beim herkömmlichen Spritzgießen zu verwenden, was die Stabilität steigert (© Hanser/ F.Gründel)

  • In einem zweiten Verfahrensschritt wird der schmelzeförmige Kunststoffbarren zusammen mit einem vorgewärmten mit Haftvermittler beschichteten Metallblech in ein Werkzeug transferiert und in einem Fertigungsschritt in Form gepresst und gleichzeitig gefügt (© Hanser/F.Gründel)

    In einem zweiten Verfahrensschritt wird der schmelzeförmige Kunststoffbarren zusammen mit einem vorgewärmten mit Haftvermittler beschichteten Metallblech in einem Werkzeug gepresst und gleichzeitig gefügt (© Hanser/F.Gründel)

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Eine stoffschlüssige Verbindung zwischen Metall und einem langfaserverstärkten Thermoplast (LFT) für Pkw-Fahrwerkslenker wurde durch den Haftvermittler Vestamelt Hylink der Evonik AG, Essen, erreicht. Hierfür wird das „MultiForm-Verfahren“ zur simultanen Um- und Urformung von faserverstärkten Kunststoffen mit Metallblechen verwendet.

Üblicherweise werden Metall- und Kunststoffkomponente von Hybridbauteilen mit Hilfe von kraft- oder formschlüssigen Verbindungselementen, wie Schrauben, Nieten oder Um- und Durchspritzungen miteinander verbunden. Nun sollte ein neuartiges Fertigungsverfahren entwickelt werden, bei dem sowohl die Umformung des Metallblechs als auch die Formgebung des langfaserverstärkten Thermoplasten unter Berücksichtigung von Verstärkungsrippen und einer variablen Wanddickenverteilung des Faserverbundkunststoffs angestrebt wurde (BMBF: Multiform 02PN2081). Für dieses Verfahren ist eine stoffschlüssige Verbindungstechnik, wie sie Vestamelt Hylink bietet, erforderlich.

Kunststoff prägen und Metall verformen in einem Schritt

Als Demonstrationsbauteil wurden die bisher in Vollmetall ausgeführten Längs- und Querlenker einer Pkw-Hinterachse eines namhaften deutschen Automobilherstellers nun im MultiForm-Verfahren realisiert. Die in dem unter Leitung von Prof. Dr.-Ing. X. Fang der Universität Siegen durchgeführten Teilprojekte Auslegung, Berechnung und Prüfung von Bauteilen aus einem neuartigen FVK-Metall-Werkstoffverbund sowie die Prozessentwicklung erarbeitete neue Lösung besteht aus einem hochfesten Stahlblech und einem langglasfaserverstärkten Kunststoff, die mit dem Haftvermittler verbunden sind. Zu Demonstrationszwecken wurden beispielsweise in einem Längslenker ein Polyamid 6, Polyamid 610 und ein Polyamid 12 mit 40 % Langglasfasern eingesetzt.

In dem MultiForm-Verfahren wird ein bei der Firma Weber Fibertech GmbH, Markdorf, hergestelltes langglasfaserverstärktes Compound zu einem formbaren Halbzeug extrudiert. Dieses wird im schmelzeförmigen Zustand zusammen mit einem vorgewärmten mit Vestamelt Hylink beschichteten Metallblech in ein Werkzeug transferiert und in einem Fertigungsschritt in Form gepresst und gleichzeitig gefügt. Das Werkzeug enthält dabei die gewünschte Negativform für die Verrippung und Blechumformung. Durch die prozessintegrierte Verbindung von Stahl und LFT mittels Haftvermittler kann direkt ein zusammengefügtes Hybridbauteil aus dem Werkzeug entnommen werden, wodurch ein mehrstufiger konventioneller Herstellungsprozess technisch und wirtschaftlich substituiert werden kann.

Durch die Kombination der artfremden Materialien Stahl und LFT konnte die Stahlblechdicke gegenüber den Originalbauteilen um mehr als einen Millimeter reduziert werden. Das Gesamtgewicht der Demonstrator-Bauteile Längs- und Querlenker sinkt dadurch jeweils um etwa 20%. (fg)


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