Verfahrenskombination Tiefziehen, Spritzgießen und Umformen mit der Schmelze

Metall und Kunststoff waren in der jüngeren Vergangenheit des Automobilbaus noch »Konkurrenten«. Entweder bestanden Teile, wie beispielsweise Stoßstangen, aus Kunststoff oder aus Metall. Inzwischen sind viele Bauteile eine Kombination aus beidem. Meist sind sie zusammengesetzt aus einer dünnwandigen Metallstruktur, die an bestimmten Stellen von Kunststoffkomponenten verstärkt wird. Die Symbiose der beiden Werkstoffe bringt ihre besten Eigenschaften gemeinsam zum Tragen: die Stabilität des Metalls und die Leichtigkeit des Kunststoffs. Mit dieser Komposition lassen sich gegenüber traditionellen Materialien 40 Prozent Gewicht einsparen.

Noch ist es recht teuer, und es bedeutet großen Arbeitsaufwand, solche Hybridbauteile herzustellen. Der Grund: Kunststoff und Metallkomponenten werden getrennt gefertigt und erst dann montiert. Kostengünstiger wird es, wenn beide ihre Symbiose bereits bei der Herstellung eingehen. Genau daran arbeiten die Wissenschaftler des Fraunhofer IWU gemeinsam mit Partnern im Rahmen des Bundesexzellenzclusters »MERGE«, das von der Deutschen Forschungsgemeinschaft gefördert wird. Dabei rücken Verfahren in den Fokus, bei denen Leichtbauteile sowohl auf Basis von Blechen als auch auf Basis von Rohren entstehen.

Bei der Herstellung der blechbasierten Komponenten fließen drei Verfahren in einem zusammen. Ausgeführt wird es in zwei Stufen, die nacheinander im gleichen Werkzeug ablaufen. Das Bauteil erhält seine globale Form durch Tiefziehen. Daran schließt sich ein Spritzguss der Kunststoffteile an. Gleichzeitig wird der flüssige Kunststoff als Wirkmedium benutzt, mit dem sich unter Druck zusätzlich verschiedene Formelemente in das Blech einbringen lassen. Um Hybridbauteile auf Basis von Rohren zu fertigen, werden schon seit einiger Zeit Kombinationen aus Spritzgießen und Innenhochdruck-Umformung eingesetzt. Bei der Innenhochdruck-Umformung wird das Rohr an beiden Enden abgedichtet und mit einer Flüssigkeit oder einem Gas sozusagen aufgeblasen und in eine Form gedrückt. Am Institut wird die Verfahrenskombination derzeit weiterentwickelt. So ersetzten die Wissenschaftler die Umformflüssigkeit durch gasförmigen Stickstoff, wodurch die Ausschussrate reduziert werden konnte. Die Forscher wollen auch den chemischen Haftvermittler zwischen Metallrohr und Kunststoff ersetzen. So kann das Metallteil z. B. per Laser eine Oberflächenstruktur mit Hinterschnitten erhalten, in denen sich die Kunststoffkomponenten verkrallen können.