Entwicklung eines kontinuierlichen Prozesses zur intrinsischen Herstellung von Kunststoff- Metall-Verbundstrukturen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Markus Stommel; Professor Dr.-Ing. A. Erman Tekkaya
• Fachliche Zuordnung: Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 490989965

Um die Eigenschaften unterschiedlicher Werkstoffe miteinander zu verbinden und damit das Potenzial verfügbarer Ressourcen bestmöglich auszuschöpfen werden zunehmend Verbundbauteile aus Metall und Kunststoff eingesetzt. Derartige Hybridbauteile werden meist in mehreren aufeinanderfolgenden Fertigungsschritten hergestellt, indem zunächst die Metallkomponente gefertigt und anschließend die Kunststoffkomponente angefügt wird. Abweichend davon existieren wenige Direktprozesse, welche eine gemeinsame Formgebung von Metall und Kunststoff ermöglichen. Die bestehenden Direktprozesse, wie beispielsweise das Polymer Injection Forming, beschränken sich auf die Blechumformung. Hybridprofile, beispielsweise Fensterprofile oder isolierte Rohrleitungen, werden bislang durch Montieren von stranggepressten Leichtmetallprofilen und extrudierten Kunststoffprofilen hergestellt. Durch die sequentielle Prozessabfolge ist das Produktspektrum begrenzt, da eine nachträgliche Montage der Komponenten immer berücksichtigt werden muss. Die Herstellung von Massivbauteilen aus Aluminium-Kunststoff-Verbundprofilen mit einem intrinsischen Direktprozess, also der Kombination von Leichtmetall-Strangpressen und Kunststoffextrusion, wurde bisher nicht untersucht.Ziel des Forschungsvorhabens ist daher die grundlegende Untersuchung des intrinsischen Hybridstrangpressens. Dadurch soll das bisherige Bauteilspektrum erweitert und die Vorteile der unterschiedlichen Fertigungsprozesse vereint werden. Um dies zu erreichen, müssen zunächst die technologischen Voraussetzungen geschaffen werden, um die Einzelprozesse Leichtmetall-Umformen und Kunststoff-Urformen einander anzugleichen. Dafür werden die relevanten Prozessgrößen und Prozessfenster bei der intrinsischen Extrusion mit kontinuierlichen Profilen an einfachen Geometrien untersucht. Durch den prozessbedingten Ausschluss von Sauerstoff in der Fügezone und die hohen Drücke werden verbesserte Verbundeigenschaften erwartet, welche die Leistungsfähigkeit intrinsisch hergestellter Bauteile, gegenüber sequentiell hergestellten Bauteilen, verbessern. Ein weiterer wesentlicher Vorteil des Direktprozesses sind die neuen Möglichkeiten bei der Bauteilgestaltung. Durch die Steuerung der Prozessparameter können über die Länge gradierte Profile hergestellt werden, welche bislang mit keinem anderen Verfahren herstellbar sind. Daher sollen die Erkenntnisse auf komplexere Profilgeometrien, also mit variablem Querschnitt oder mehrlagigem Aufbau übertragen werden. Durch die neuen Eigenschaften und Anforderungen an die Prozessführung müssen auch die angeschlossenen Schritte Recken und Festigkeitssteigerung durch Warmauslagern neu angepasst werden. Abschließend wird eine detaillierte Untersuchung der Kunststoff-Aluminium-Grenzfläche unterschiedlicher Profile für ein umfassendes Verständnis des Verfahrens durchgeführt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Professor Dr.-Ing. Till Clausmeyer