A274

Inline-Fertigung von funktionalen Kaltprofilen aus Stahl mit integrierten elektrischen Leiterbahnen

(A274 S 24/10190/2012)

Laufzeit der Forschungsarbeiten:     1. Januar 2012 – 30. Juni 2014


Das Walzprofilieren ist ein hochwirtschaftliches Verfahren zur Fertigung von Kaltprofilen aus Stahl. Die Branchen, in welchen diese Profile eingesetzt werden, sind vielfältig und reichen von der Fahrzeugindustrie über den Trockenbau bis zur Möbel- und Designindustrie. So verschieden die Kaltprofile in ihren Anwendungen zu sein scheinen, haben sie doch häufig eins gemein. Sie werden parallel zu elektrischen Leitungen eingesetzt.
Genau dort setzt dieses Forschungsprojekt an. Durch die fertigungssynchrone Integration der Leiterbahnen in die Profile entstehen sogenannte multifunktionale Profile, welche diverse Synergien aufweisen. So bietet ein solches multifunktionales Profil, sofern es ein geschlossenes Profil ist und die Leiterbahnen innen liegen, den Leiterbahnen beispielsweise Schutz vor mechanischer Belastung und Witterung. Zudem können Montagezeiten für das Verlegen von elektrischen Leitungen eingespart werden, wenn die Leitungen bereits in den Profilen verlegt sind und nur noch über Steckverbindungen kontaktiert werden müssen. Des Weiteren kann durch eine Integration der Leitungen in die Profile Bauraum gespart werden, indem der sonst ungenutzte innenliegende Platz in den Profilen nutzbar gemacht wird.
Ein multifunktionales Profil besteht aus dem Grundblech, den Leiterbahnen sowie aus einer oder mehreren Polymerschichten, um die Leiterbahnen elektrisch zu isolieren. Die zusätzlichen Prozessschritte zur Fertigung eines multifunktionalen Profils können in die konventionelle Prozesskette eines Walzprofilierprozesses integriert werden, wodurch eine kontinuierliche Fertigung möglich wird. Dabei werden die zusätzlichen Schichten vor der Walzprofilierung auf das ebene Blechband appliziert. Anschließend findet die Einformung des Polymer-Metall-Verbundbleches statt.
Ziel des Projektes war es, Methoden und Auslegungsrichtlinien zu ermitteln, um es Anwendern und Profileuren zu ermöglichen, später neue Profilgeometrien als multifunktionale Profile auslegen zu können. Die Erkenntnisse sollten in einem Leitfaden zusammengefasst werden. Zudem galt es, im Rahmen des Projektes geeignete Beschichtungsmethoden für die Polymerbeschichtung auszuwählen und zu untersuchen. Weitere Teilziele waren die Konzeption und Konstruktion einer Bestückungseinheit für die kontinuierliche Bestückung der polymerbeschichteten Bleche mit Leiterbahnen sowie die Entwicklung eines industrienahen Technologiedemonstrators, der für die Öffentlichkeitsarbeit genutzt werden kann.
Im Rahmen des Projektes hat sich das Walzenauftragsbeschichten für die Polymerbeschichtung  der ebenen Bleche etabliert, da dieses kontinuierliche Verfahren sehr gut in bestehende Prozessketten zur Profilfertigung integriert werden kann. Gemeinsam mit der im Rahmen des Projektes entwickelten Bestückungseinheit zur Applikation der Leiterbahnen und dem ausgelegten Rollensatz konnte im Versuchsfeld der Forschungsstelle eine Prozesskette zur Inline-Fertigung von multifunktionalen Profilen aufgebaut werden, mit welcher eine kontinuierliche Fertigung vom Coil demonstriert werden konnte. Durch experimentelle Untersuchungen wurden die Hauptversagensarten bei der Walzprofilierung der Polymer-Metall-Verbundbleche ermittelt. Ausgehend davon wurde ein Leitfaden zur Auslegung von multifunktionalen Profilen durch numerische und experimentelle Methoden sowie Empfehlungen zur Gestaltung der Prozesskette abgeleitet. Zudem wurde ein industrienaher Technologiedemonstrator entwickelt, der von den Arbeitskreismitgliedern im Rahmen von Messe- und Fachtagungen genutzt werden kann, um auf diese Technologie aufmerksam zu machen.
Die gewonnenen Erkenntnisse hinsichtlich der Temperaturführung bei der Applikation der Polymerschichten sind von Profileuren auch für bestehende Prozesse nutzbar, zum Beispiel bei der Herstellung von Bauteilen aus Sandwichverbunden.
Insgesamt wurden alle Forschungsziele erreicht. Die gewonnenen Erkenntnisse bieten gerade vor dem Hintergrund der zunehmenden elektronischen Vernetzung ein hohes Umsetzungspotential.


Forschungsstelle 1:
Institut für Produktionstechnik und Umformmaschinen der TU Darmstadt (PtU)
http://www.ptu.tu-darmstadt.de/

Forschungsleiter:
Prof. Dr.-Ing. Dipl.-Wirtsch.-Ing. Peter Groche


(vorgelegt vom Wirtschaftsverband Stahl- und Metallverarbeitung e.V. (WSM))

Das Forschungsvorhaben wurde gefördert von der Stiftung Stahlanwendungsforschung im Stifterverband für die Deutsche Wissenschaft e.V.

Bezugsquelle Schlussbericht:
bitte wenden Sie sich an die AVIF