Projekt »UTILITAS« entwickelt mit HPCi®-Technologie ultraleichte Müllsammelbehälter

Leichte Fahrzeugaufbauten dank optimierter Fügeverbindungen

Aktuelles – Fraunhofer IWS Dresden /

Die Elektrifizierung kommunaler Nutzfahrzeuge verstärkt die Nachfrage nach ultraleichten Fahrzeugaufbauten, um das zusätzliche Batteriegewicht zu kompensieren. Ein angepasster Multimaterial-Leichtbau auf Basis faserverstärkter Kunststoff-Halbzeuge und Aluminiumstrukturen lässt es zu, Leichtbaubehälter kostengünstig in Kleinserie zu fertigen. Besonderen Stellenwert nimmt dabei die Art der Fügetechnologie ein.

Aluminium-FVK-Verbindungsdesign für einen modularen Multi-Material-Leichtbaucontainer.
© Fraunhofer IWS Dresden
Aluminium-FVK-Verbindungsdesign für einen modularen Multi-Material-Leichtbaucontainer.
Die Validierung der Simulationsergebnisse erfordert einen zerstörenden Versuch sowie eine Analyse der tatsächlichen Spannungen an der Verbindung.
© Fraunhofer IWS Dresden
Die Validierung der Simulationsergebnisse erfordert einen zerstörenden Versuch sowie eine Analyse der tatsächlichen Spannungen an der Verbindung.

»Der Einsatz kleiner Nutzfahrzeuge nimmt überproportional zu«, beobachtet Maurice Langer, Ingenieur im Technologiefeld Fügen. »Deren Elektrifizierung schont die Umwelt, reduziert jedoch gleichzeitig die maximalen Nutzlasten.« Um diesen Nachteil zu eliminieren, entwickeln die Partner des BMWi-Verbundvorhabens »UTILITAS« einen kostengünstig herstellbaren und gleichzeitig ultraleichten Müllsammelbehälter. Dieser zeichnet sich neben der Verwendung von thermoplastischen Faser-Verbundwerkstoffen (FVK) und Aluminium insbesondere durch belastungsgerechte Fügetechnologien aus. Um Werkstoffe verschiedener Materialklassen zu verbinden, eignen sich sowohl Schrauben oder Nieten als auch das industrielle Kleben. Sollen faserverstärkte Thermoplaste mit Metall verbunden werden, so bietet sich auch der Einsatz der am Fraunhofer IWS entwickelten Technologie HeatPressCool-integrative (HPCi®) an. Maurice Langer beschreibt den Prozess wie folgt: »Dieses Verfahren kommt ohne Klebstoff oder Verbindungselemente aus, da die Fügepartner lokal miteinander verpresst werden. Bei der zeitgleichen Erwärmung des Metalls schmilzt der Kunststoff und bindet an der angerauten Metalloberfläche an.«


Entscheidend ist das Design der Verbindung

Damit sich Behälteraufbauten im Multimaterialdesign umsetzen lassen, stellt die Kenntnis lokaler Belastungen besonders an den Fügestellen eine wichtige Bedingung dar. Deshalb entwickelten Forscher am Fraunhofer IWS ein Simulationsmodell, mit dem sie das Verhalten stoffschlüssiger Verbindungen bei multiaxialen Belastungsfällen reproduzierbar abbilden. »Das befähigt uns dazu, die Verbindung räumlich anzuordnen, geometrisch zu gestalten und somit bereits während der Auslegung komplexer Multimaterial-Konstruktionen zu optimieren«, hält Langer fest. 

Förderhinweis

Das Projekt »UTILITAS« wurde gefördert durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages (FKZ: 19I18005C).