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TWI-Mitglied Gestamp UK nimmt am BRACE-Projekt teil

Das TWI-Mitgliedsunternehmen Gestamp ist das federführende Konsortiumsmitglied im BRACE-Projekt „Breakthrough Reinforcement for Added Chassis Efficiency for Lighter, Safer Vehicles“ (Zukunftsweisende Verstärkung für mehr Fahrwerkseffizienz für leichtere und sicherere Fahrzeuge) das von Innovate UK mit öffentlichen Mitteln für eine Laufzeit von zwei Jahren gefördert wird.

Gestamp entwirft und entwickelt Fahrwerksprodukte für die meisten globalen OEMs. Das Design folgt dem Mantra „das richtige Material an der richtigen Stelle“ und wird durch intern entwickelte, hochmoderne Softwaretools für leichte Fahrwerksteile unterstützt. Neben der Entwicklung ist die globale Fertigung der Fahrwerksteile für Gestamp von zentraler Bedeutung und wird durch die Herstellung von Prototypen, die Entwicklung von Werkzeugen und das Testen untermauert. Daher hat das Unternehmen den Ruf eines sehr erfahrenen und innovativen Zulieferers für die Automobilindustrie. Heute setzt Gestamp seine Innovationen in der Produkt-, Prozess- und Materialentwicklung fort und sieht in hybriden Materialstrukturen einen wichtigen Meilenstein in der Entwicklung fortschrittlicher technologischer Teile für die Anwendung auf zukünftigen OEM-Plattformen.

TWI betreibt eine Reihe von Forschungsprogrammen, von denen sich eines auf die konkurrierende Beantragung öffentlicher Fördermittel aus dem Vereinigten Königreich, Europa und darüber hinaus konzentriert, um die Durchführung von Kooperationsprojekten im Bereich der Technologiereifegrade (TRL) 1–7 zu ermöglichen. Solche Projekte liegen in der Verantwortung spezieller Konsortien, und TWI-Mitglieder aus der Industrie haben die Möglichkeit, sich an diesen Projekten zu beteiligen, wenn Synergien zwischen ihren eigenen Technologien und Bestrebungen und denen von TWI und seinen Innovationszentren sowie den Parametern bestimmter öffentlicher Finanzierungsaufrufe gegeben sind.

Zur Unterstützung der gemeinsamen Projektentwicklung und des Ausschreibungsprozesses verfügt das TWI innerhalb seines Innovationsnetzwerks (TWIIN) über ein spezielles Team namens Technology Innovation Management (TIM). TIM identifiziert und bringt KMU, größere Unternehmen und Forschungs- und Technologieorganisationen (RTO) mit den technischen Abteilungen, Innovationszentren und Mitgliedsunternehmen von TWI zu spezifischen Konsortien zusammen und unterstützt sie bei der Konzeptentwicklung, dem Schreiben von Vorschlägen und der Einreichung von Anträgen.

Wenn ein Konsortium seinen Vorschlag oder Antrag erstellt und eingereicht hat und erfolgreich eine öffentliche Finanzierung erhält, kann das Gemeinschaftsprojekt in Angriff genommen werden.

TIM kann in diesem Bereich eine beachtliche Erfolgsbilanz vorweisen und hat seit 2008 mehr als 1.100 Partner im Vereinigten Königreich und auf internationaler Ebene dabei unterstützt, über 400 Projekte zu sichern, die durch öffentliche Mittel in Höhe von rund 579 Millionen Pfund unterstützt wurden (Stand: April 2022).

Zielsetzung

Die Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten (F&E) der TWI-Mitgliedsunternehmen durch die Auswahl und Einbeziehung geeigneter Projektvorschläge für die Beantragung öffentlicher Mittel aufzuwerten und so zu ihrer Marktpositionierung beizutragen.

Herangehensweise

Die Reise des BRACE-Projekts begann, als das Brunel Composites Centre (BCC), ein Innovationszentrum, das 2016 als Joint Venture zwischen dem TWI und der Brunel University London gegründet wurde, erstmals den Bedarf an einer neuartigen Verbindungsmethode für unterschiedliche Materialien feststellte, die Praktikabilität, Leistung und die Möglichkeit der Demontage am Ende der Lebensdauer eines Produkts vereint. Mit Unterstützung der Abteilung Advanced Composites and Adhesives (ACA) des TWI wurde als Fügeverfahren die Polymerbeschichtungstechnik (Polymer Coating Material, PCM) ausgewählt.

PCM beinhaltet die Verwendung von Thermoplasten als strukturelle Klebstoffe, wobei die Endmontage durch eine Polymerschweißung erfolgt. Bei der Herstellung einer Verbindung zwischen einem thermoplastischen Bauteil und einem Bauteil aus einem anderen Material (z. B. Metall) wird das nicht-thermoplastische Bauteil zunächst mit demselben Thermoplast beschichtet, bevor die beiden Bauteile zusammengeschweißt werden.

Als nächstes schlug BCC dem TIM-Team den Finanzierungsweg von Innovate UK vor, das bei der Einladung potenzieller Projektpartner, darunter Gestamp, zum Beitritt zum Konsortium behilflich war. Das Projekt erhielt den Namen „BRACE“ und wird von den Partnern Gestamp UK, FAR-UK Ltd, Gestamp Spain, TWI und Brunel Composites Centre verantwortet. Auch TIM trug mit seinem Fachwissen dazu bei, die Projektidee zu entwickeln und in enger Zusammenarbeit mit den Konsortiumsmitgliedern in einen Antrag auf öffentliche Finanzierung umzusetzen.

Der BRACE-Antrag war erfolgreich und sicherte die gewünschte Finanzierung durch Innovate UK, woraufhin die Konsortiumsmitglieder das Projekt in Angriff nehmen konnten.

Lösungen

Jeder Projektpartner trägt wie folgt zu dem Projekt bei:

  • Das Advanced Technology Team von Gestamp UK ist für die technische Leitung von BRACE, die technologische Machbarkeitsstudie sowie für die Konstruktion und Entwicklung der benötigten Teile verantwortlich.
  • Gestamp Spanien entwickelt die Machbarkeitslabor-Prototypen und testet, bewertet und validiert das vorgeschlagene Verbindungssystem für unterschiedliche Materialien.
  • TWI hat die PCM-Technik erfunden und ist für die Konzeption des Gesamtsystems für BRACE verantwortlich.
  • FAR-UK Ltd leistet einen Beitrag durch die Vorbereitung und Charakterisierung der Prüfstücke
  • Das Brunel Composites Centre führt die Finite-Elemente-Modellierung und Optimierung des vorgeschlagenen Systems durch.

Zielanwendung für die Technologie ist die Montage von Fahrgestellen und Karosserieteilen in der Automobilindustrie. Eine schematische Darstellung der PCM-Verbindung und der Carbon/PEEK-Versteifung mit Aluminium-Verbindung ist in den Abbildungen 1 und 2 zu sehen (unten rechts), wobei die Abkürzung PEEK für einen Polyetheretherketon steht, d.h. einen hochtemperaturbeständigen thermoplastischen Kunststoff.

Drei von Gestamp Chassis hergestellte Standardkomponenten in Form von lackierten und unlackierten unteren Querlenkern aus Aluminium und Stahl wurden für die Machbarkeitsstudie ausgewählt (siehe Abbildung 3 - unten rechts). Ziel ist es, diese Teile mit thermoplastischen Verbundwerkstoff-Patches nach dem PCM-Fügeverfahren zu versehen, um ihre Steifigkeit zu erhöhen, die Geräusch-, Vibrations- und Härtewerte für höherwertige Modelle zu verbessern und die Möglichkeit zu prüfen, Standardteile zu verkleinern, wenn eine wirtschaftlich vertretbare Gewichtsreduzierung möglich ist.

Gestamp hat eine vorläufige Bauteilanalyse erstellt, um das Knickverhalten der ausgewählten Demonstrationsteile mit und ohne die thermoplastischen Patches zu bewerten. Ausgehend von den angenommenen Verbindungsparametern wurde die erforderliche Knickkraft sowohl für Stahl als auch für Aluminium um 13,5 % bzw. 13,9 % erhöht, nachdem das thermoplastische Pflaster verwendet wurde (siehe Abbildung 4 - unten rechts).

Nutzen und Schlussfolgerung

Durch das Erreichen der Projektziele wird BRACE eine Reihe von Verbesserungen im Vergleich zu den bestehenden, dem Stand der Technik entsprechenden Lösungen für das Fügen ungleicher Werkstoffe bringen. Im Vergleich zum mechanischen Fügen werden bei der neuen Methode keine Spannungskonzentrationen in die Fügeteile eingebracht, und die Materialien müssen nicht gebohrt werden. Dadurch wird das Risiko von Wasserschäden, Dickenvergrößerungen und Festigkeitsverlusten aufgrund von Faserschäden und Delaminationen vermieden. Darüber hinaus sind im Vergleich zur Verwendung von Klebstoffen kein Epoxidharz und keine intensive Oberflächenvorbereitung erforderlich, so dass die Lösung keinen Aushärtungszeiten unterliegt und in ihrer Haltbarkeit nicht eingeschränkt ist, was bedeutet, dass sie eine saubere Demontagemöglichkeit bietet.

Die im Rahmen von BRACE konzipierte Technologie hat auch das Potenzial, für den Einsatz in einer Reihe anderer Sektoren wie Windenergie, Schifffahrt, Sport und Freizeit weiter entwickelt zu werden.

Nach der Fertigstellung wird BRACE ein innovatives neues Verfahren und Liefersystem für das Verbinden von hochentwickelten thermoplastischen Verbundwerkstoffen mit Metallen liefern, das zunächst für den Einsatz im Automobilsektor bestimmt ist, aber auch das Potenzial hat, für die Anwendung in einer Reihe anderer Sektoren wie Windenergie, Schifffahrt, Sport und Freizeit weiter entwickelt zu werden.

TWI war erfreut, Gestamp Chassis UK dabei zu unterstützen, dem BRACE-Projektkonsortium beizutreten und zum erfolgreichen Angebot beizutragen, und freut sich darauf, in Zukunft mit dem Unternehmen an weiteren neuen Technologiekonzepten zu arbeiten.

Wenn Sie an der Teilnahme an Konsortien für öffentlich finanzierte Projekte interessiert sind, senden Sie bitte eine englischsprachige E-Mail an: info@twi-innovation-network.com.

 

BRACE wurde von Innovate UK im Rahmen des EUREKA-Programms für kollaborative Forschung und Entwicklung (107471) finanziell unterstützt.

Abbildung 1. Schematischer Querschnitt durch eine PCM-Verbindung (Polymer Coating Material).
Abbildung 1. Schematischer Querschnitt durch eine PCM-Verbindung (Polymer Coating Material).
Abbildung 2. Demonstration des PCM-Verbindens unterschiedlicher Werkstoffe durch TWI Ltd: a) Kohlenstoff/PEEK-Versteifung, verbunden mit der PCM-Platte aus Aluminiumlegierung, b) PCM-Versteifung aus Aluminiumlegierung, verbunden mit Kohlenstoff/PEEK-Platte (Copyright TWI).
Abbildung 2. Demonstration des PCM-Verbindens unterschiedlicher Werkstoffe durch TWI Ltd: a) Kohlenstoff/PEEK-Versteifung, verbunden mit der PCM-Platte aus Aluminiumlegierung, b) PCM-Versteifung aus Aluminiumlegierung, verbunden mit Kohlenstoff/PEEK-Platte (Copyright TWI).
Abbildung 3. Die von Gestamp vorgeschlagenen metallischen Fahrwerkskomponenten, die mit thermoplastischen Verbundstoffpatches unter Verwendung der PCM-Verbindungsmethode verstärkt werden sollen.
Abbildung 3. Die von Gestamp vorgeschlagenen metallischen Fahrwerkskomponenten, die mit thermoplastischen Verbundstoffpatches unter Verwendung der PCM-Verbindungsmethode verstärkt werden sollen.
Abbildung 4. Vorläufige Simulationen von Gestamp zeigen eine Erhöhung der Knickfestigkeit des LCA nach Verwendung eines thermoplastischen Patches.
Abbildung 4. Vorläufige Simulationen von Gestamp zeigen eine Erhöhung der Knickfestigkeit des LCA nach Verwendung eines thermoplastischen Patches.
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