Projektkurzbeschreibung

Leittechnologien für kmU - Interaktive Reparaturwerkstatt der Zukunft für Elektromobile in CFK-Bauweise

Steckbrief

Eckdaten

Förderinstitution:
AiF
Laufzeit:
01.06.2015 bis 01.06.2018
Projektnummer:
18.757N, 18.758N, 26LN

Ansprechpartner am ISF

Foto des ISFInstitut für Schweißtechnik und Fügetechnik

Der wachsende Einsatz von faserverstärkten Kunststoffen (FVK) im Automobilbau stellt die Automobilindustrie und die KFZ-Werkstätten vor die Herausforderung, wirtschaftliche Reparaturmethoden bereitzustellen. Hierzu werden an der RWTH Aachen University in enger Zusammenarbeit zwischen sieben Forschungsinstituten und begleitet von ca. fünfzig Industrieunternehmen neue Technologien zur Schadenserkennung und Schadensbewertung, zur individualisierten Fertigung von Reparaturmaterialien, sogenannten Patches, sowie zur Durchführung und Qualitätssicherung der Reparatur entwickelt.

Hintergrund für diese Forschungsinitiative ist, dass neue Fahrzeugkonzepte zunehmend auf FVK, insbesondere kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen (CFK) aufbauen, da diese Werkstoffe bei geringem Gewicht dennoch sehr hohe Steifigkeiten und Festigkeiten bieten. Fortschritte bei der Effizienz der Produktionsanlagen und der Reduzierung der Zykluszeiten haben dazu geführt, dass FVK zunehmend auch in Serienfahrzeugen mit hohen Stückzahlen eingesetzt werden. Auch der Druck der Gesetzgebung zur Reduzierung des CO2-Ausstoßes führt dazu, dass der Leichtbauwerkstoff FVK in immer mehr Fahrzeugen verbaut wird.

Bei der Reparatur von FVK-Bauteilen in Kleinstserien sind derzeit noch der Austausch kompletter Komponenten oder die auf Expertenwissen basierende lokale Bearbeitung des Schadens üblich. Spezialisierte Werkstätten verfügen hier durchaus über etablierte Möglichkeit der Schadensbehebung. Diese Maßnahme ist im Vergleich zu Reparaturverfahren für metallische Strukturen allerdings teuer und ressourcenintensiv. Der Austausch großer integraler Strukturen, wie beispielsweise der CFK-Karosserie eines Elektrofahrzeugs, ist nicht mehr mit vertretbarem Aufwand und Kosten zu realisieren. Zur Gewährleistung der Kundenakzeptanz müssen typische Reparaturwerkstätten befähigt werden, eine kostengünstige Bewertung und Reparatur des Schadens vorzunehmen.

Das Projekt verfolgt die Industrie-4.0-Prinzipien: Sämtliche an der Wertschöpfung beteiligten Elemente werden auf maximale Wandlungsfähigkeit ausgelegt und informationstechnisch verknüpft. Aufgrund des neuen Ansatzes ergeben sich vollkommen neue Geschäftsmodelle, deren Entwicklung ebenfalls betrachtet wird.

Die Schadenserfassung basiert auf der automatischen Fusion von Daten unterschiedlicher Prinzipien zur zerstörungsfreien Prüfung. Die Daten werden automatisiert ausgewertet und es werden Anweisungen zur Bearbeitung der schadhaften Stelle daraus erstellt. Für die Reparatur werden Reparaturmaterialien in Form von fahrzeug- und schadensangepassten Patches mittels eines Systems zur individualisierten Massenproduktion gefertigt. Die Patches werden anschließend an die Werkstatt versandt. Der Werker führt damit die Reparatur unter Anwendung neu zu entwickelnder Reparatur- und Qualitätssicherungsverfahren durch. Geeignete Assistenzsysteme sollen den Werker in Zukunft bei sämtlichen Aufgaben unterstützen.

Die Entwicklung von Methoden zur wirtschaftlichen Reparatur von FVK erfordert umfangreiche klebtechnische Kompetenz:
Bei der Strukturbearbeitung ist beispielsweise zu beachten, dass das Material schichtweise aufgebaut ist und die Lagen einzeln abgebaut werden müssen bevor sie ausgebessert bzw. erneuert werden können.
Hinsichtlich des Fügeprozesses ist die für das Kleben notwendige Oberflächenvorbehandlung zur Gewährleistung ausreichender Haftkräfte zum Teil mit großem Aufwand verbunden. Die genaue Untersuchung, Entwicklung und Optimierung von Oberflächenvorbehandlungsverfahren ist deshalb von großer Bedeutung.
Aufgrund der anisotropen Materialeigenschaften und der in den Fasern hochkonzentrierten Kräfte ist die Fügetechnik ein anspruchsvolles Aufgabengebiet im FVK-Bereich. Das Kleben gilt als fasergerechte Verbindungstechnik, da es die Kräfte homogen überträgt. Positiv ist ebenfalls zu erwähnen, dass durch die Verbindung nur sehr geringes Gewicht anfällt.

Die an diesem Projekt beteiligten Institute sind das Institut für Kunststoffverarbeitung (IKV), der Lehrstuhl für Fertigungsmesstechnik und Qualitätsmanagement Werkzeugmaschinenlabor (WZL), die Institute für Kraftfahrzeuge (ika), für Schweißtechnik und Fügetechnik (ISF), für Bildsame Formgebung (IBF), für Mensch-Maschine-Interaktion (MMI) und das Forschungsinstitut für Rationalisierung (FIR) an der RWTH Aachen. Des Weiteren sind in einem projektbegleitenden Ausschuss ca. fünfzig Industrieunternehmen beteiligt. Das Projekt wird über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen "Otto von Guericke" (AiF) e.V. im Rahmen des Förderwettbewerbs "Leittechnologien für KMU" über einen Zeitraum von zunächst drei Jahren finanziell gefördert.