CFK macht den Leichtbau fit für die Zukunft

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Technische Universität Dresden Institut für Leichtbau und Kunststofftechnik

Jedoch werden Prozessentwicklungen zur direkten Bauteilherstellung aus Faser und thermoplastischer Matrix fieberhaft vorangetrieben. Eine wesentliche Herausforderung ist dabei die Faser-Matrix-Haftung. Sie muss gesteigert werden. Dazu hat der Faserhersteller Toho Tenax eine entsprechende Faserschlichte entwickelt. Diese Imprägnierflüssigkeit ist auf thermoplastische Matrixwerkstoffe abgestimmt. Auf der Fachtagung Carbon Composites 2012 stellte Dr. Anatole Gilliot, der bei der Toho Tenax Europe GmbH, Wuppertal, für das Produktmarketing im Aerospace-Bereich zuständig ist, die Entwicklung vor. Der haftvermittelnde Auftrag gehörte zu den Höhepunkten seines Vortrags. Er wird bereits für Organobleche zur Herstellung von Highend-Produkten verwendet.

Selbstragendes Gelege „Multi Compact Fabric“

Ein weiteres Highlight im Bereich Fasern und Textilien wurde von Jan Märtin, Entwicklungsleiter bei der Liba Maschinenfabrik GmbH, Naila (Oberfranken), präsentiert: das Gelege „Multi Compact Fabric“. Für die Herstellung hat der Textilmaschinenhersteller die Multiaxialanlage Copcentra MAX 4 CNC entwickelt. Sie wurde auf der ITMA 2011 – der weltgrößten Textilmaschinenmesse in Barcelona – am Markt eingeführt. Die Besonderheit des Geleges besteht darin, dass an einer Stelle über die gesamte Länge eine der beiden Fadenlagen unter die andere wechselt und umgekehrt. Durch diese Verflechtung ergibt sich eine Art selbsttragendes Gelege. Die so erzeugte Längsachse kann zur Stabilisierung beitragen. Sie lässt sich somit zur Reduzierung der Lagen nutzen.

Die Entwicklung von der Manufaktur zum industriellen Serienhersteller setzt bei CFK-Bauteilen die Weiterentwicklung vorhandener Fertigungsverfahren voraus, deren Basis textile Preforms sind. Ausgangsmaterialien sind Verstärkungstextilien, die teilweise eine komplexe Geometrie haben müssen und in der Fasergeometrie ein Höchstmaß an Übereinstimmung mit der inneren Belastung des herzustellenden Bauteils erreichen: wie die Tailored-Blank-Halbzeuge aus Stahl. Über die Verarbeitung der Tailored-Fiberplacement-Halbzeuge zu dreidimensionalen Preforms sprach Dr.-Ing. Dirk Feltin, Geschäftsführer der Hightex Verstärkungsstrukturen GmbH, Klipphausen bei Dresden. Ein weiterer Vortragsschwerpunkt lag auf der Bindertechnik.

CFK-Motorhaube im Spaltimprägnierverfahren hergestellt

Am Institut für Kunststoffverarbeitung (IKV) an der RWTH Aachen wird das Spaltimprägnierverfahren bei der Herstellung einer CFK-Motorhaube angewendet. Die Herstellung erfolgt im Rahmen eines durch das Ministerium für Innovation, Wissenschaft und Forschung des Landes Nordrhein-Westfalen finanziell geförderten Projekts. Auf der Fachtagung Carbon Composites 2012 stellte Dipl.-Ing. Robert Bastian, wissenschaftlicher Mitarbeiter am IKV, das Musterbauteil vor. Aufgrund der Integralbauweise werden neben der gekrümmten Bauteilkontur und Versteifungsstrukturen auch Anbindungselemente für die Montage der Motorhaube in einem Prozessschritt umgesetzt. Bereits im Jahr 2009 wurde am IKV eine automatisierte Spaltimprägnieranlage installiert, die ein hohes Potential zur Reduzierung von Zykluszeiten und Produktionskosten bietet.

Variotherme Formwerkzeuge verkürzen die Herstellungsdauer

Um die Herstellung von CFK-Bauteilen zu verkürzen, bieten sich sogenannte variotherme Werkzeuge an. Sie ermöglichen eine sehr schnelle Werkzeugtemperierung (> 100 K/min). Auf der Fachtagung Carbon Composites 2012 beschrieb Prof. Dr.-Ing. Peter Mitschang unterschiedliche variotherme Werkzeugkonzepte. Der technisch-wissenschaftliche Direktor des Instituts für Verbundwerkstoffe (IVW) an der TU Kaiserslautern stellte die Konzepte in ihrer Leistungsfähigkeit gegenüber. Je nach Anwendung kommen zur Werkzeugtemperierung beispielsweise keramische Hochleistungsstrahler oder Induktionsheizungen zur Anwendung.

Die Möglichkeit, die Temperatur binnen kürzester Zeit zu erhöhen und zu senken, erhöht den Freiheitsgrad in der Prozessführung. So lassen sich innerhalb eines Zyklus unterschiedliche Temperaturen gezielt anfahren. Für duroplastische Harze ist somit eine aktive Steuerung der Temperatur zur Kontrolle der Viskosität sowie der Härtereaktion möglich. Bei thermoplastischen Matrixwerkstoffen wird der Prozess der Direktimprägnierung deutlich verkürzt.

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