Papier-Blech-Verbunde für leichtere Karosserien

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VdLB Verband deutscher Laseranwender - Blechbearbeitung e.V.

Papiertechnische Stiftung

Papier ist im Verbund als absolute Leichtbaukomponente zu sehen

Die entsprechenden Prozessfenster bei Verwendung dieses Werkstoffverbunds werden in Richtung kleiner Niederhalterpressungen und speziell angepasster Halbzeugzuschnitte verschoben, aber nicht signifikant reduziert. Die Ergebnisse insgesamt zeigen, dass eine mögliche Aufgabe des Papiers im Verbund, insbesondere als Leichtbaukomponente, zu sehen ist. Auch eine funktionale Komponente durch gezielte Ausrüstung ist denkbar. Die Papierdichte bestimmte erwartungsgemäß die Eigenfestigkeit des Faserkörpers und die Harzaufnahme. Die Festigkeit des Papiers ist allerdings im Gesamtverbund irrelevant, da sie aufgrund der Impräg-nierung und der vielfach größeren Festigkeit des Bleches kaum zum Tragen kommt.

Faserstoffbedarf und Harzaufnahme beeinflussten die Kosten und Festigkeit des Imprägnats wesentlich, wobei die Imprägnierung kaum Einfluss auf die Feuchtesorption zeigte. Dies äußerte sich in Dimensionsproblemen beim Verbund. Die Überwindung der mit der Feuchtesorption und der geringen thermischen Stabilität verbundenen Phänomene und Probleme ist für Anwendungen im Papier-Blech-Verbund essenziell notwendig. Ferner war die Umformbarkeit des Papiers beschränkt und kaum Luftschalldämpfung aufgrund der Porosität des Papiers nachweisbar. Der thermische Abbau der Fasern wird durch die Imprägnierung kaum beeinflusst.

Papier-Blech-Verbunde sind praktisch möglich

Im Vorfeld des Projektes wurden mehrere Testversuche zur Erzeugung dünnwandiger, hochfester Bleche für den Fahrzeugbau durchgeführt. Die Bleche zeigten ein schlechtes Schwingungsverhalten bei geringer akustischer Dämpfung, was durch Aufkleben von willkürlich ausgewählten Papierstrukturen deutlich verbessert werden konnte.

Die Testversuche bestätigten eindeutig die Machbarkeit eines Papier-Blech-Verbundes und ließen eine deutliche Verbesserung der mechanischen und akustischen Eigenschaften dünnwandiger Bleche bereits im Vorfeld erwarten.

Ein ganz besonderes Problem zeigte sich darin, dass stoffliche und physikalische Eigenschaften von Metall und Faserkörper sehr unterschiedlich sind, sodass die Verbindung zwischen diesen beiden Bauteilkomponenten, das Interface, einen Schwachpunkt dieses Gesamtverbundes darstellt. Das erfordert spezifisch angepasste Klebstoffe. Ebenso muss jedes der beiden Verbundmaterialien selbst diesen Anforderungen gewachsen sein.

Insbesondere die cellulosische Struktur ist in der Regel mechanisch zu verfestigen, was durch die Imprägnierung mit einem Reaktivharz erreicht werden kann. Dadurch erhöht sich die thermische Beständigkeit bei gleichzeitiger Verringerung der Feuchtesensibilität. Das Fasergussverfahren ermöglicht dabei eine größere Gestaltungsfreiheit bei der Geometrie des Faserkörpers. Um die vorgesehenen Verbundmaterialien für Praxisanwendungen einsetzen zu können, ist den erforderlichen Umformprozessen Rechnung zu tragen.

Die Simulation half beim Verbundaufbau wesentlich

Eine effektive Gestaltung beziehungsweise Verbesserung des Verbundaufbaus war mithilfe von Simulationswerkzeugen möglich. Solche Werkzeuge können maßgeblich dazu beitragen, die Eigenschaften neuer Verbunde abzuschätzen und zu vergleichen. Geeignete Verbunde können dann mit verringertem Aufwand verifiziert werden.

Unter Berücksichtigung aller relevanten Materialmitglieder, wie des Faserwerkstoffs und der verwendeten Bleche (Kaltband DC 4 von Bilstein) (Bild 5), und der Verarbeitungsverfahren hat sich der ideale Versuchstyp herauskristallisiert.

Mit dem vorliegenden Versuchsmaterial wurden einige exemplarische Produkte hergestellt, an denen die Machbarkeit der Umformung von Papier-Blech-Verbunden bewiesen werden konnte. Die Werkstoffentwickler der Papiertechnischen Stiftung und ihre Partner suchen jetzt in Anschlussprojekten nach Möglichkeiten der industriellen und Serientauglichkeit, vor allem im Automobilbereich, aber auch in anderen Blech verarbeitenden Branchen. MM

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