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Ausgewählte Ausgabe: 06-2017 Ansicht: Modernes Layout
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Qualitätsgesicherte Reparatur von FVK

Bild 1.   Beispiele für Anwendungen von FVK (faserverstärkter Kunststoff)-Komponenten in Automobilen.

Bild 1.
Beispiele für Anwendungen von FVK (faserverstärkter Kunststoff)-Komponenten in Automobilen.

In der Automobilindustrie gewinnt konstruktiver, werkstofflicher und konzeptioneller Leichtbau zur Reduzierung der Fahrzeuggewichte stetig an Bedeutung. Zur Herstellung  von Strukturbauteilen werden aufgrund ihres hohen Leichtbaupoten tials zunehmend  faserverstärkte Kunststoffe (FVK) verwendet. Somit steigt auch der Bedarf an  Reparaturmethoden zur Instandsetzung beschädigter FVK-Automobilstrukturbauteile. In  einem Forschungsprojekt wird ein ganzheitlicher Ansatz zur qualitätsgesicherten Reparatur dieser Automobilkomponenten erarbeitet.


Durch die Beiträge der Luft- und Raumfahrt sowie des Luxusfahrzeugmarkts und Rennsports existieren erprobte Konzepte für die Serienfahrzeugproduktion von Leichtbauteilen aus FVK. Ein Beispiel ist die Serienproduktion des „i3“ von BMW, München. Aber auch andere Hersteller wie Daimler aus Stuttgart oder Audi aus Ingolstadt nutzen verstärkt FVK-Komponenten, um die Leichtbaupotentiale in ihren Fahrzeugen auszunutzen, Bild 1.

Gemeinschaftliches Forschungsprojekt

Eine neue Herausforderung ist die notwendige Reparatur und Instandsetzung der Fahrzeuge während ihres Lebenszyklus. Im Rennsport oder der Luft- und Raumfahrt werden viele Arbeiten manuell ausgeführt oder Bauteile vollständig getauscht. Bei der Großserienproduktion verschiebt sich aufgrund der hohen Anzahl an nötigen Reparaturen der Fokus hin zu standardisierten und möglichst automatisierten Verfahren, um die Kosten im Aftersales-Bereich zu reduzieren. Auch kleine und mittelständische Unternehmen, die Reparaturen vornehmen, müssen in der Lage sein, Instandsetzungsarbeiten unter Einhaltung geeigneter Richtlinien und Sicherheitsvorschriften an einer Vielzahl verschiedener Fahrzeug- und Bauteilgeometrien durchzuführen.
Das Institut für Kunststoffverarbeitung (IKV) in Industrie und Handwerk an der RWTH Aachen entwickelt daher im Projekt „Interaktive Reparaturwerkstatt der Zukunft für Elektromobile in CFK (kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff)-Bauweise“ in enger Zusammenarbeit mit sechs weiteren Instituten (Institut für Kraftfahrzeuge ika, Institut für Schweißtechnik- und Fügetechnik ISF, Institut für Bildsame Formgebung IBF, Werkzeugmaschinenlabor WZL, Institut für Mensch-Maschine-Interaktion MMI, Forschungsinstitut für Rationalisierung FIR) sowie unter Beteiligung eines projektbegleitenden Ausschusses mit circa 60 Industrieunternehmen ein Reparaturkonzept für CFK-basierte Fahrzeuge. Ziel ist die Bereitstellung eines Informations- und Warenflusskonzepts, das die dezentrale und automatisierte sensorbasierte Detektion von Schadensfällen nach eindeutigen Vorgaben erlaubt und die vorhandene Infrastruktur nutzt sowie weiter ausbaut, Bild 2.

Bild 2.  Schematische Darstellung des Projektansatzes.

Bild 2.
Schematische Darstellung des Projektansatzes.

In den Werkstätten wird der Schaden zunächst sensorbasiert erfasst. Auf dieser Basis wird er analysiert und klassifiziert. Handelt es sich um einen bekannten Schadensfall, werden die nötigen Reparaturschritte aus einer Datenbank abgeleitet. Andernfalls wird eine Struktursimulation durchgeführt. Es folgt eine zentrale, individualisierte Reparaturpatch-Fertigung nach den Vorgaben der Schadensanalyse mithilfe von formflexiblen Werkzeugen in spezialisierten Fertigungsunternehmen.
Formflexible Werkzeuge erlauben durch eine reversible Anpassung der Werkzeugoberfläche die Fertigung verschiedener Patch-Geometrien, sodass diese individuell und wirtschaftlich gefertigt werden können. In der Werkstatt wird der angelieferte Reparaturpatch mit dem vorbereiteten geschädigten Bauteil gefügt, was robuste und werkstatttaugliche Fügeverfahren erfordert. Zur Qualitätssicherung und Kontrolle wird das instandgesetzte Bauteil abermals sensorbasiert erfasst und freigegeben.

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Autoren

 Philipp Nicolas  Wagner

M.Sc., Jahrgang 1987, studierte Maschinenbau mit der Vertiefungsrichtung  Kunststofftechnik an der RWTH Aachen. Seit 2013 ist er als wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Kunststoffverarbeitung beschäftigt und leitet die Arbeitsgruppe Flüssigimprägnierverfahren in der Abteilung Faserverstärkte Kunststoffe und Polyurethan.

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