Hightech.NRW
Entwicklung einer CFK-Motorhaube
Im Rahmen dieses Projektes wurde eine CFK-Motorhaube in integraler Sandwichbauweise auf Basis des Ford Focus entwickelt. Gegenüber der Stahl-Referenz wurde eine Gewichtsreduktion von 60 % bei moderaten Leichtbaukosten von ca. 15 €/kg erzielt. So konnte durch neue Fertigungstechnologien sowie die Entwicklung praxistauglicher Simulations- und Auslegungsmethoden das Potenzial des Materials auch für größere Stückzahlen von 10.000 Einheiten/Jahr erschlossen werden.
Die Fertigung von Hochleistungsbauteilen aus kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen (CFK) war bisher mit hohen Kosten verbunden. Daher wurde am Institut für Kunststoffverarbeitung (IKV) das Spaltimprägnierverfahren entwickelt. Dieses Flüssigimprägnierverfahren ermöglicht die schnelle automatisierte Fertigung von FVK-Bauteilen und bietet somit die notwendigen Voraussetzungen für eine großserientaugliche Bauteilfertigung der Motorhaube.
Die Auslegung erfolgte am ika mit Hilfe der Finite-Elemente-Methode. Durch ihre komplexen anisotropen Werkstoffeigenschaften stellen Faserverbundkunststoffe besonders hohe Anforderungen an die eingesetzten virtuellen Methoden. Im Rahmen des automobilen Entwicklungsprozesses muss eine Beurteilung des Bauteilverhaltens unter statischer und insbesondere auch dynamischer Belastung mit angemessenem Modellierungs- und Berechnungsaufwand ermöglicht werden. Zudem muss der Ingenieur durch angepasste CAE-Methoden unterstützt werden, um die vielfältigen gestalterischen Freiheitsgrade von FVK beherrschen und so das volle Leichtbaupotenzial des Werkstoffs ausnutzen zu können. Anhand von realen Bauteilversuchen konnten die Ergebnisse der am ika durchgeführten Simulationen und deren Prognosegüte verifiziert werden. Design und Optimierung der Motorhaube wurden in enger Zusammenarbeit mit den Experten der Fertigungstechnik durchgeführt, um eine material- und fertigungsgerechte Konstruktion sicherzustellen. Dabei lag eine besondere Herausforderung darin, den Zielkonflikt zwischen der funktionell notwendigen Steifigkeit und der für den Fußgängerschutz erforderlichen Nachgiebigkeit aufzulösen. Hier war es möglich, durch die hohe lokale Steifigkeit der Sandwichkonstruktion in Kombination mit einer gezielten Energieabsorption im bestehenden Package und ohne aktive Systeme ein mit der Referenz vergleichbares Fußgängerschutzniveau beim Kopfaufprall zu realisieren.
Kontakt
Dr.-Ing. Dinesh Thirunavukkarasu
Forschungsbereichsleiter
Fahrzeugkonzepte und HMI
+49 241 80 25699
E-Mail
Projektlaufzeit
01/2010 – 09/2013
Projektpartner
ika, ikv, Ford Forschungszentrum Aachen, Composite Impulse, Toho Tenax Europe, Evonik