Leichtbau: Automatisierbarer Fertigungsprozess reduziert Kosten

Faserspritzanlage

18.09.2013 |

Gerade im Bereich des Leichtbaus sind Fertigungskosten von großer Bedeutung. Marco Andre Pöhler vom Institut für Kunststoffverarbeitung an der RWTH Aachen (IKV) hat in einem Vorhaben der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) einen Prozess entwickelt, mit dem Faservorformlinge deutlich effizienter hergestellt werden können. Die vorwettbewerbliche IGF wird im Innovationsnetzwerk der AiF Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen und ihrer 100 Forschungsvereinigungen organisiert und vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi) mit öffentlichen Mitteln gefördert.

Faserverstärkte Kunststoffe im Trend

Im Rahmen innovativer Leichtbaukonzepte wurden in den vergangenen Jahren klassische Konstruktionswerkstoffe zunehmend durch faserverstärkte Kunststoffe (FVK) ersetzt, und dieser Trend wird auch in Zukunft anhalten. Denn FKV werden bei der Lösung der großen gesellschaftlichen Herausforderungen wie nachhaltige Mobilität und ressourceneffiziente Produktion eine zentrale Rolle spielen, wenn es gelingt, die Material- und Herstellungskosten für solche Bauteile massiv zu reduzieren. In Deutschland gibt es eine Vielzahl an Branchen, die FVK für die Herstellung ihrer Produkte nutzen. „Diese Unternehmen stehen in einem Spannungsfeld aus hohem Kostendruck und der stetigen Nachfrage nach innovativen Produkten. Um diesem Druck standhalten zu können, müssen die Fertigungsprozesse durch neue Strategien noch wirtschaftlicher gestaltet werden.“, sagt Marco Pöhler.

Die mechanischen Eigenschaften eines Strukturbauteils aus FVK sind maßgeblich durch die kraftflussorientierten Verstärkungsfasern bestimmt. Diese Verstärkungsfasern werden typischerweise zu Faservorformlingen, so genannten Preforms, zusammengefasst. „Die Preformherstellung ist jedoch sehr kostenintensiv und macht bis zu 50 Prozent der gesamten Bauteilkosten aus. So fällt bei diesem Prozessschritt bis zu 30 Prozent Verschnitt an, und zum Drapieren – also Aufbringen – einzelner Faserlagen sind viele Handhabungsschritte notwendig. Bislang ist es nur mit einem erheblichen Mehraufwand möglich, lokal veränderliche Faserorientierungen und -dicken in ein Preform oder ein Bauteil einzubringen. Der Prozessschritt des Preforming bietet daher viel Potenzial für die Einsparung von Kosten und Ressourcen.“, erklärt Pöhler.

Einbringung definierter Faserorientierungen

In dem IGF-Projekt, das vom AiF-Mitglied Vereinigung zur Förderung des IKV koordiniert wurde, konnte ein vollständig automatisierbarer Prozess entwickelt werden, der es ermöglicht, die Kosten für die Herstellung von Faserpreforms mit thermoplastischer Matrix deutlich zu reduzieren. „Die Reduktion resultiert einerseits aus geringeren Materialkosten durch eine endkonturnahe Fertigung. Andererseits werden durch den Faserspritzvorgang bisherige zeit- und energieaufwändige Prozessschritte, wie beispielsweise Weben und Drapieren, eingespart. Zusätzlich konnte der Wert des

Preforms durch die Möglichkeit der Einbringung definierter Faserorientierungen gesteigert werden.“, erläutert Professor Christian Hopmann, Geschäftsführer der Vereinigung zur Förderung des IKV, die Vorteile des innovativen Verfahrens. Der flexibel einsetzbare Fertigungsprozess erlaubt es insbesondere kleinen und mittleren Unternehmen, schnell auf geänderte Kundenanforderungen zu reagieren und ihre Produkte anzupassen. Er ist gleichermaßen für Kunststoff verarbeitende Betriebe sowie Anlagen- und Systemlieferanten von großer Bedeutung.

Das Projekt war Finalist bei der Wahl zum diesjährigen Otto von Guericke-Preis  der AiF, der einmal im Jahr für herausragende Leistungen auf dem Gebiet der IGF vergeben wird.

Einen dreiminütigen Film zum Projekt finden Sie hier.

Ansprechpartner zum Projekt

Institut für Kunststoffverarbeitung in Industrie und Handwerk an der RWTH Aachen e.V. (IKV), Marco Pöhler,
poehler(at)ikv.rwth-aachen.de, Telefon: + 49 241 80-23811

Foto: IKV

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