Suchen

Papiertechnische Stiftung

Papier-Blech-Verbunde für leichtere Karosserien

| Redakteur: Dietmar Kuhn

Das Thema Leichtbau lässt Automobilhersteller, Zulieferer und vor allem die Werkstoffentwickler nicht mehr los. Weiter runter mit dem Gewicht und noch mehr Ressourcen sparen – das gilt nach wie vor als Richtschnur. Mit der Entwicklung eines Papier-Blech-Verbundes zur Nutzung als Karosseriebleche soll dies gelingen.

Firma zum Thema

Bild 1: In einem von der Allianz Industrie Forschung (AiF) in Auftrag gegebenen Projekt wurde ein Papier-Blech-Verbund zur Nutzung eines dünnwandigen, hochfesten Karosseriebleches entwickelt und mithilfe von Tiefziehversuchen getestet.
Bild 1: In einem von der Allianz Industrie Forschung (AiF) in Auftrag gegebenen Projekt wurde ein Papier-Blech-Verbund zur Nutzung eines dünnwandigen, hochfesten Karosseriebleches entwickelt und mithilfe von Tiefziehversuchen getestet.
( Bild: PTS )

Die Suche nach dem idealen und praxis-tauglichen Leichtbauwerkstoff geht weiter. Werkstoffexperten agieren nicht nur bei den klassischen Materialien wie dem traditionellen Stahl, dem im Aufschwung begriffenen Aluminium oder gar Magnesium und den bekannten leichteren Nichteisenmetallen. Jetzt mischen sich auch die Papierhersteller unter die Werkstoffanbieter für leichtere Karosserien. So war beispielsweise die Papiertechnische Stiftung in München in einem Projekt federführend, das die Entwicklung eines Papier-Blech-Verbundes zur Nutzung eines dünnwandigen, hochfesten Karosseriebleches im Fahrzeugbau zum Ziel hatte (Bild 1).

Multifunktional für Leichtbauanwendungen und kostengünstig in der Herstellung sollte das neue Material sein. Es sollte Funktionen erfüllen, wie etwa geringes Gewicht, Massereduzierung, Energieeinsparung, Flammfestigkeit, Crash-Absorption und kostengünstige Herstellung, um nur einige Anforderungen zu nennen. Herausgefunden haben die Werkstoffentwickler, dass durch eine sehr dichte, flache Beschichtung des Bleches mit Fasermaterial und ohne Versteifung durch gering viskoseelastische Harzmaterialien eine merkliche Schwingungsdämpfung erreicht werden kann (Bild 2).

Harz mit einem hohen E-Modul stabilisiert den Gesamtverbund

Als Bindemittel für den Papier-Blech-Verbund kristallisierten sich spezielle Harze und Klebstoffe heraus, die dazu beitragen, dass die mechanischen, akustischen und die anderen Anforderungen an das entwickelte Verbundmaterial auch erfüllt werden. So ist beispielsweise ein Harz mit einem hohen E-Modul sehr gut dazu geeignet, den Gesamtverbund zu stabilisieren, es weist aber gleichzeitig schlechtere viskose Eigenschaften auf. Im Gegenzug sind Harzsysteme mit einem niedrigen E-Modul schlecht zur Aussteifung des Verbundes geeignet, sie können aber bei darüber hinaus guten viskosen Eigenschaften die Akustik signifikant verbessern.

Ein wesentlicher Aspekt ist auch das Feuchteverhalten eines Papier-Blech-Verbundes, das mithilfe einer Imprägnierung eingestellt werden kann. Denn Faserstoffbedarf und Harzaufnahme bestimmen wesentlich die Kosten sowie die Festigkeit des Imprägnats. Durch die Imprägnierung wird das Feuchtesorptionsverhalten nur marginal beeinflusst und führt zu Dimensionsproblemen am Verbund. Dies gilt ebenso für das thermische Abbauverhalten der Fasern nach der Imprägnierung. Die Kosten für Papier und Faserkörper werden wesentlich durch den eingesetzten Faserstoff, den Energiebedarf zur Aufbereitung und den Additivbedarf festgelegt (Bild 3).

Die Herstellung komplexer Formteile mittels Tiefziehen ist machbar

Das favorisierte Blechhalbzeug in Federstahlqualität konnte trotz der vielversprechenden Vorteile nicht in die Bearbeitungskette integriert werden. Grund waren große Abweichungen von der geforderten Form- und Maßhaltigkeit. Daher wurden ein alternatives Halbzeug in Form des tiefziehfähigen Werkstoffs (DC04) und mikrolegierte Halbzeuge (ZSTE) verwendet und zu Bauteilen umgeformt. Es konnte gezeigt werden, dass die Herstellung komplexer Formteile via Tiefziehen prinzipiell machbar ist, allerdings die konventionelle Zuschnittsermittlung der Halbzeuge angepasst werden muss (Bild 4). Ein Grenzfall in Bezug auf das Tiefziehen zeigte sich in der Faltenbildung und dem Entstehen von Reißern.

Dieser Beitrag ist urheberrechtlich geschützt. Sie wollen ihn für Ihre Zwecke verwenden? Infos finden Sie unter www.mycontentfactory.de (ID: 42537161)

Bild: ITV Denkendorf; Fraunhofer ISC/Knud Dobberke; Bild: Salzgitter Hydroforming/Dirk Diessel; Bild: Hegewald & Peschke; Icona; Bild: PTS; Stefan Bausewein; VCG; Itasse; AP&T; Kist; Meusburger; www.nataliyahora.com; GFH; Bystronic; Dalex; VTH / Kollaxo; Kuka; Eurotech; Trafö; Stäubli; GF Machining Solutions; Hans Weber Maschinenfabrik; Wilhelm Dietz; DPS; Thyssenkrupp; ©Drobot Dean - stock.adobe.com; Blum-Novotest; Nokra; Vitronic; Evopro; Hergarten; Thermhex; Deutsche Bahn AG; © Salt & Lemon Srl; Novus; Air Products; ULT; Jutec; MM Maschinenmarkt; Der Entrepreneurs Club e.K.; Vogel Communications Group; Zarges; BASF; Finus/VCG; Fraunhofer-IWU; ILT / V. Lannert