CFK-Werkstatt

Interaktive Reparaturwerkstatt der Zukunft für Elektromobile in CFK-Bauweise

Zur Emissionsminderung eines Kraftfahrzeugs nimmt der Leichtbau eine zentrale Rolle ein. Faserverstärkte Kunststoffe (FVK) weisen hier aufgrund ihrer herausragenden gewichtsspezifischen mechanischen Eigenschaften und durch die Möglichkeit neuer funktionsintegrierter Bauweisen ein großes Potenzial auf. FVK finden heute in wachsenden Stückzahlen Anwendung, so z.  B. in der Karosserie des BMW i3. Folglich gewinnen auch Wartung und Reparatur von FVK an Bedeutung. Zur Gewährleistung der Kundenakzeptanz des Werkstoffs ist eine flächendeckende Reparaturinfrastruktur erforderlich. Besonders in Werkstätten kleiner und mittlerer Unternehmen (KMU) sind hierzu in der Regel weder die technischen Möglichkeiten noch das entsprechende Know-how vorhanden. Diese Problematik wird von den Fahrzeugherstellern durch eine eigene herstellerspezifische Infrastruktur adressiert. Die Flexibilität und Flächendeckung dieses Ansatzes ist jedoch begrenzt.

Das Gesamtprojektziel ist die Bereitstellung der prozess-, anlagen- und informationstechnologischen Grundlagen für eine innovative, dezentrale Infrastruktur zur Schadenserkennung, -bewertung und wirtschaftlichen Reparatur von FVK.

Die Schadenserkennung am Automobil ist der erste entscheidende Schritt im Reparaturprozess. Ein Teilziel des Projektes ist daher die Bereitstellung eines werkstatttauglichen Systems zur Schadenserkennung und Schadensklassifikation. Dieses System besteht aus einer 3D-Geometrieerfassung, mehreren unterschiedlichen CFK-Prüfsensoren (Ultraschall, Thermografie u. a., um alle Defektarten detektieren zu können), einer automatisierten Software zur Zusammenführung (Datenfusion) aller Sensordaten sowie einer automatisierten Auswertung und Fehlerklassifikation. Zudem wird ein sogenanntes Gesamtdatenmodell bereitgestellt, das die simulative Schadensbewertung und die automatisierte Reparatur ermöglicht.

Ein weiteres Teilziel ist die Bereitstellung von Methoden zur kostengünstigen, strukturmechanischen Bewertung der Schadensschwere und effizienten Auslegung von FVK-Reparaturkonzepten. Grundlage hierfür sind Untersuchungen des mechanischen Verhaltens unbeschädigter und beschädigter FVK sowie abgeleitete Simulationsmodelle. Durch Fusion von Sensordaten beschädigter FVK-Bauteile wird so die Schadensbewertung durchgeführt und die Reparaturumfänge können ausgelegt werden. Die Speicherung erfolgreich durchgeführter Reparaturen in einer zentralen Reparaturdatenbank ist Grundlage eines selbstlernenden Systems zur Standardisierung von Reparaturprozessen und weiterer Kostensenkungen.

Des Weiteren werden neuartige Fertigungs- und Fügeverfahren entwickelt. Die Fertigungsverfahren sollen dazu dienen, um in zentralen Fertigungsstätten Reparaturpatches zu fertigen, welche für die Reparatur beschädigter FVK-Bauteile genutzt werden können. Hierbei sollen Fertigungsverfahren für thermoplastische und duroplastische FVK, sowie hybride und metallische Bauteilstrukturen weiterentwickelt bzw. neu erarbeitet werden. Dabei sollen die Fertigungsverfahren so flexibel sein, dass für unterschiedliche Schadensstellen und dadurch unterschiedliche Geometrien geeignete Reparaturpatches hergestellt werden können. Darüber hinaus werden im Rahmen des Projektes Fügeverfahren erarbeitet, die eine qualitativ hochwertige Fügung des Reparaturpatches mit dem zu reparierenden Bauteil ermöglichen. Dabei ist es notwendig, dass diese Fügeverfahren in den jeweiligen Werkstätten angewendet werden können und die reparierten Bauteile die gleichen mechanischen Eigenschaften aufweisen, wie ein unbeschädigtes Originalbauteil.

Zur Validierung dient ein Demonstrator, an dem der gesamte Ablauf der Schadensanalyse und -bewertung sowie Auswahl, Auslegung und Durchführung des Reparaturprozesses exemplarisch durchgeführt wird.