CFK macht den Leichtbau fit für die Zukunft

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Technische Universität Dresden Institut für Leichtbau und Kunststofftechnik

Eine große Herausforderung bestand in der Erzeugung einer Class-A-Oberfläche. Im Vergleich zu angrenzenden Karosserieteilen muss jeglicher Unterschied im Farbton vermieden werden. Etwa 6000 CFK-Hauben wurden bereits bei einem Zulieferer hergestellt. Die Tagesstückzahl beträgt 17 bis 20 Hauben. Die Kosten, so Dipl.-Ing. Claus Haverkamp, verantwortlich für Leichtbautechnologien und Karosseriekonzepte bei Audi, Neckarsulm, seien für die komplexe Aufgabenstellung und den Einsatz in dieser Fahrzeugklasse angemessen.

CFK-Bauweise macht Elektromotorsegler flugtauglich

Das Institut für Flugzeugbau der Universität Stuttgart zeigte den Flügelaufbau des Elektroflugzeugs E-Genius. Dieser zweisitzige Motorsegler mit Elektroantrieb benötigt nur 13 % der Energie einer Cessna 152 mit Verbrennungsmotor. Das Leergewicht ohne Antriebseinheit liegt lediglich bei 384 kg. Dennoch ist die Gesamtkonstruktion sehr robust und steif. Der Grund dafür liegt in der CFK-Bauweise, die beispielsweise in gestickten Preforms (für Spornradgabel, Lochleibung und Umlenkhebel) zum Tragen kommt. Weil dabei die Fasern den Lastpfaden folgend aufgestickt sind, wird ein sehr niedriges volumenspezifisches Bauteilgewicht erreicht. Bei den Flügeln sorgt der Sandwichaufbau mit CFK-Decklagen für eine sehr hohe Steifigkeit. Prof. Rudolf Voit-Nitschmann, der am Institut für den Flugzeugentwurf verantwortlich ist und auf dem Praxisforum die Konstruktion erklärt hat, brachte dazu ein Stück des Flügels mit.

Die Fachtagung Carbon Composites 2012 zeigte, dass man in Zukunft verstärkt CFK in unterschiedlichen Leichtbaukonzepten wiederfinden wird, um weitere Gewichtseinsparung zu ermöglichen. Vorherrschend bleibt die werkstoffliche Mischbauweise – das Multimaterialdesign, für das besonders Automobilhersteller im Premiumbereich ihre Leichtbaustrategien für den den Verbundwerkstoff öffnen wollen. Leichtbaubasis bei Audi ist die Space-Frame-Bauweise. Darauf aufgesetzt wurde nun ein Ultra-Leichtbaukonzept unter der Bezeichnung „Audi ultra“. „Die heutigen Grenzen im automobilen Leichtbau werden sich verschieben“, blickte Haverkamp als Keynote-Speaker der Fachtagung voraus.

Vollautomatisiert zum Faserverbundbauteil im reaktiven Spritzgießverfahren

Basis dafür ist eine wirtschaftliche, automatisierte Serienfertigung von CFK-Bauteilen. Diesem Ziel könnte die Branche nun ein Stück näher gekommen sein. Der Ansatz liegt dabei in einem Spritzgießprozess, der Automatisierungsmöglichkeiten wie das gängige Kunststoff-Spritzgießen bietet. Optimal ist daher ein Verfahren, bei dem trockene textile Halbzeuge beanspruchungsgerecht ins Spritzgießwerkzeug gelegt und dort erst mit der Kunststoffmatrix imprägniert werden. Jedoch ist eine Faserimprägnierung aufgrund der hohen Viskosität gängiger Kunststoffschmelzen im Spritzgießverfahren nicht möglich.

Der Spritzgießmaschinenhersteller Engel, Schwertberg (Österreich), setzt daher auf die Insitu-Polymerisation, einem reaktiven Thermoplast-Spritzgießverfahren, das in Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie, Pfinztal, entwickelt wurde: Statt eines Polymers wird ein Monomer (Eta-Caprolactam) mit einer ähnlichen Viskosität wie Wasser ins Werkzeug eingespritzt, das dort unter Temperatureinwirkung zum Thermoplast (Polyamid 6) polymerisiert. Auf der Fachtagung Carbon Composites 2012 stellte Dipl.-Ing. Sebastian Picheta, der im Engel-Werk St. Valentin für die Fertigungs- und Automatisierungstechnik im Bereich Composites verantwortlich ist, das Verfahren vor. Wie beim gängigen Spritzgießen will Engel die Abläufe rund um den Prozess automatisieren.

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