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Nachhaltige Konstruktion

Leichtbau ist Schwergewicht in Sachen Effizienz

| Redakteur: Claudia Otto

Die Herstellung großvolumiger Formteile, zum Beispiel der Kabinentür eines Mobilkrans, wird durch thermisches Spritzen effizienter.
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Die Herstellung großvolumiger Formteile, zum Beispiel der Kabinentür eines Mobilkrans, wird durch thermisches Spritzen effizienter. (Bild: Liebherr)

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Neuartige Herstellungsmethoden für innovative Bauteile – so könnte das Motto für drei der insgesamt 31 Verbundprojekte der Effizienzfabrik lauten. Die ausgewählten Projekte zum Thema Leichtbau liefern interessante Erkenntnisse für die allseits angestrebte Ressourceneffizienz in der Produktion von morgen.

Aktuelle Pläne der EU-Kommission sehen vor, die Kohlendioxidemissionen von Neuwagen auf 95 g/km zu senken. Das entspräche einem Verbrauch von circa 4 l Kraftstoff auf 100 km. Zu den technischen Maßnahmen, mit deren Hilfe diese Ziele erreicht werden sollen, gehört neben effizienteren Motoren der zunehmende Einsatz von Leichtbautechniken. Im Wesentlichen geht es darum, weniger Gewicht auf die Straße zu bringen – und dabei nach Möglichkeit mehr Funktionalitäten abzudecken.

Innovative Werkstoffe machen Leichtbau und damit Nachhaltigkeit möglich

Dabei spielen innovative Materialien im Bauteil oder bei dessen Herstellung eine entscheidende Rolle. Sie sind nach wie vor teuer und vor allem die Herstellung leichtgewichtiger Bauteile ist aufwendig. Das Material carbonfaserverstärkte Kunststoffe, kurz „CFK“, ein Verbundwerkstoff aus Kunststoff und Kohlenstofffasern, ist zwar um 80 % leichter als hochfester Stahl, wurde aber bisher fast ausschließlich beim Bau von Rennwagen verwendet.

Für die Massenproduktion ist Kohlenstoff (Carbon) zu teuer und daher behilft sich die Industrie mit der Entwicklung von Fahrzeugen in Mischbauweise. Dazu werden unterschiedliche Materialien verwendet, mit deren Hilfe das Gewicht von Karosserie, Fahrwerk, Ausstattung, Antrieb und Elektronik vermindert wird. Man konzentriert sich vor allem auf Kombinationen aus hochfesten Stählen, Leichtmetallen und faserverstärkten Kunststoffsystemen (Faser-Kunststoff-Verbund (FKV).

Effizienz durch Kunststoffeinsatz leicht gemacht

Um bereits bei der Herstellung von Faser-Kunststoff-Verbunden Energie zu sparen und das Material damit auch preisgünstiger zu machen, haben die Partner des Verbundprojekts Effi Press Or (Effiziente Herstellung von Faser-Kunststoff-Verbunden) ein neuartiges Verfahren entwickelt. Bisher wurden die zumeist in Pkw verbauten Komponenten aus langfaserverstärkten Formmassen (LFT) mit gezielten Verstärkungen aus endlosfaserverstärktem Material (EFT) aus vorgefertigten Rohmaterialformen, sogenannten Halbzeugen, hergestellt. Diese EFT-Halbzeuge sind zum einen sehr teuer und müssen zur Fertigstellung (das heißt zur finalen Bauteilgeometrie) unter hohem Energieaufwand erneut erhitzt werden, zum anderen schränkt ihre Verwendung die Gestaltungsmöglichkeiten der Bauteile ein.

Das Ziel des Projektes ist die direkte Herstellung endlosfaserverstärkter Komponenten aus den Basiskomponenten Polypropylen und Glasfaserrovings, sodass die Verwendung von teuren Halbzeugen entfällt. Dazu wird die gesamte Prozesskette in einen Aufheizzyklus integriert.

Abgesehen von den Energieeinsparungen ist es damit möglich, jedes Bauteil genauer auf die erforderlichen Belastungsbedingungen auszulegen. Die Prozesskette besteht aus der Materialaufbereitung, der Bauteilgenerierung und aus dem Pressverfahren. Die Direktherstellung des LFT soll mittels eines innovativen Nexxus-Geräts durchgeführt werden, die des EFT über Aufschmelzen von Mischgarn aus Glas- und Polypropylenfasern in einem Infrarotofen. Die beiden Materialien sollen durch Austragsköpfe auf eine Unterlage ausgebracht werden, die ein Roboter definiert bewegt und so eine Bauteilvorform generiert. Anschließend wird die Vorform in die Presse überführt, die das finale Bauteil erstellt.

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