Dem Leichtbau von Straßenfahrzeugen kommt eine besondere Bedeutung zu, da die globale gesellschaftliche Herausforderung darin besteht, den Bedarf nach individueller Mobilität zu erfüllen, gleichzeig aber endliche Ressourcen zu schonen und die Belastung der Umwelt zu vermeiden. Tendenziell wird das Systemgewicht weiter steigen, da alternative Antriebe aufgrund der Energiedichte von Energiespeichern zu einer Erhöhung der Fahrzeugmasse führen. Auch die Integration zusätzlicher Fahrassistenzsysteme bis hin zu Systemen für das autonome Fahren, werden das Gewicht weiter erhöhen. Diesem Trend kann unter anderem mit der Optimierung der Bauteile begegnet werden, um Überdimensionierungen zu vermeiden und Ressourcen durch verringerten Einsatz von Materialien zu schonen und damit den Klimaschutz zu fördern.
Durch die Anwendung der Hybridbauweise auf aktuelle Serienbaugruppen im Automobilbau können Vorteile ausgenutzt werden, die sich unter anderem durch einen hohen Grad der Bauteil- sowie Funktionsintegration auszeichnen. Hierdurch kann wiederum hoher Werkzeuginvest eingespart und der Montageaufwand im Karosseriebau insbesondere hinsichtlich Handhabbarkeit und Fügetechnik verringert werden. Weiterhin besteht durch den Einsatz von thermoplastischen Kunststoffen und den damit einhergehenden kürzeren Taktzeiten in der Produktion, eine Möglichkeit zur wirtschaftlichen Serienfertigung der Hybridbauteile. Darüber hinaus ist ein hohes Potential der Gewichtsreduzierung im Vergleich zur konventionellen Metallbauweise gegeben.
Um die Vorteile der Hybridbauweisen zu demonstrieren, hat sich ein Verbund aus Wissenschaft und Industrie zusammengefunden, um an der Open Hybrid LabFactory in Wolfsburg, einen PKW-Mitteltunnel aus einem Multimaterial-Mix zu entwickeln.
Zu den Verbundpartnern im Projekt zählten die Volkswagen Konzernforschung, Porsche AG, Schneider Form GmbH, INVENT GmbH sowie das Institut für Konstruktionstechnik der TU Braunschweig.
Im Projekt LehoMit-Hybrid wurde dieses im Rahmen einer Verbundpartnerschaft durch die Entwicklung eines hochperformanten Strukturbauteils in Hybridbauweise realisiert. Die Ausgangsbasis im Projekt bildete dabei ein Fahrzeugmitteltunnel, welcher in seiner aktuellen Form aus mehreren Stahl- und Aluminiumteilen besteht (Bild 1). Die Einzelteile der Baugruppe müssen auf einzelnen Werkzeugen gefertigt und anschließend unter erhöhtem Aufwand miteinander gefügt werden. Daher war es Ziel im Projekt, die Baugruppe in einer neuartigen Integralbauweise zu entwickeln und so den Werkzeuginvest sowie den Fügeaufwand zu reduzieren.
Zur Umsetzung der genannten Ziele wurde die gesamte Mitteltunnelaußenfläche durch einen lastpfadgerechten, thermoplastischen Laminataufbau aus glas- und kohlenstofffaserverstärkten Tapes ersetzt (vgl. Bild 1). Für den vorderen Bereich, welcher insbesondere im Crashfall hochbelastet wird, wurde ein Stahleinleger entwickelt. Die Aufnahme der Fahrwerkskräfte erfolgt über metallische Lasteinleitungselemente. Für die notwendige Gesamtsteifigkeit des Bauteils sorgt eine thermoplastische, kurzglasfaserverstärkte Spritzgussrippenstruktur. Diese verbindet außerdem alle Einzelteile stoff- und formschlüssig miteinander - so auch zusätzliche, metallische Gewindeeinsätze zur Befestigung von beispielsweise Medienleitungen.
Die Umsetzung des Fertigungskonzepts erfolgte an der Open Hybrid LabFactory in Wolfsburg. Die Herstellung des FVK-Metall-Hybridmitteltunnels erfolgt dabei in einem großserientauglichen One-Shot-Verfahren auf einer Spritzgusspresse mit vertikalem Öffnungshub. Das Werkzeugkonzept wurde ohne Tauchkante und mit einem druckfederbelasteten Voreiler zur Drapierung des Halbzeugs gestaltet.
Der Verfahrensablauf sieht die Einbringung aller metallischen Einlegeteile vor der Drapierung (Umformung) des Halbzeugs mit einem direkt daran anschließenden Einspritzvorgang vor. Das Fertigungsergebnis ist ein einzelnes Bauteil, welches keine zusätzlichen Fügeschritte erfordert.
Volkswagen AG - Konzernforschung
Porsche AG
Schneider Form GmbH
INVENT GmbH
Institut für Konstruktionstechnik der TU Braunschweig
Das Vorhaben LehoMit-Hybrid - "Leichter, hochperformanter PKW-Mitteltunnel in Hybridbauweise“ wird im Rahmen des Fachprogramms „Neue Fahrzeug- und Systemtechnologien“ auf dem Gebiet „Leichtbaukonzepte für Straßen- und Schienenfahrzeuge“ durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie gefördert.
LehoMit-Hybrid in Zwischenergebnisse im BMWi-Fachprogramm „Neue Fahrzeug- und Systemtechnologien“.