Direktprozesse für CFK-Leichtbau im Fokus der Automobilfertigung

Anbieter zum Thema

Hartmetall-Werkzeugfabrik Paul Horn GmbH

AGTOS Gesellschaft für technische Oberflächensysteme mbH GmbH

RWTH Aachen Institut für Kraftfahrzeuge (ika)

Wie am IKA geht es noch vielerorts darum, wirtschaftliche Fahrzeugstrukturen zu entwickeln, die Ansätze bieten, belastungs-, werkstoff-, und fertigungsgerechte Anwendungen für Faserverbundkunststoffe zu ermöglichen. „Wichtige Themen dabei sind Werkstofftests und -simulation als Grundvoraussetzung des automobilen Entwicklungsprozesses“, berichtet der wissenschaftliche Institutsmitarbeiter.

Automatisierung soll CFK-Bauteile wirtschaftlich machen

Für die Automobilindustrie ist heute die Fertigungsautomatisierung der Hauptansatzpunkt, um die CFK-Bauteilkosten in die Nähe wirtschaftlich vertretbarer Werte zu bringen. „Sie ermöglicht Taktzeitverkürzung, Qualitätssteigerung und Ausschussminimierung“, erläutert Prof. Fleischer.

Dazu wurden am WBK in Karlsruhe die Arbeiten zur Automatisierung im Bereich Faserverbundtechnik des neu geschaffenen Forschungsschwerpunkts Leichtbaufertigung gebündelt, einschließlich der Erarbeitung von Fertigungsstrategien. Innerhalb dieses Schwerpunkts beschäftigt man sich zum Beispiel mit der Konfektionierung von Preforms, der Handhabung technischer Textilien, der Herstellung lokaler Bauteilverstärkung sowie mit Verbindungstechniken. Ein Fokus liegt dabei auf der Reduzierung der benötigten Prozessschritte.

Die Forschungsergebnisse kommen unter anderen dem Innovationscluster Kite Hylite zugute. In diesem Cluster wird die gesamte Prozesskette erforscht: von der Bauteilauslegung bis zur Großserienfertigung. Viele Vorgaben lassen sich bereits mit Bauteilen aus glasfaserverstärkten Kunststoffen erschließen.

Mit der Integration von Funktionselementen wird die CFK-Bauteilfertigung effizienter

Wie in der klassischen Kunststoffverarbeitung bietet die Integration von Funktionselementen während der Bauteilherstellung die Möglichkeit, Rationalisierungseffekte zu erschließen. Je mehr Funktionselemente integriert werden, umso höher ist dabei das Einsparpotenzial.

Ein weiterer Rationalisierungsansatz liegt im Matrixwechsel. „Im Vergleich zur duroplastischen haben thermoplastische Pregregs deutliche Vorteile bezüglich Umformung, Aushärtung, Nachbearbeitung, Reparatur und Recycling“, berichtet Prof. Fleischer.

Allerdings bleibt der Umweg über die Prepregherstellung. Weil die Aushärtung im Autoklaven entfällt, wird der Wechsel des Matrixwerkstoffs vor allem in der Luftfahrttechnik vorangetrieben – sofern das aufgrund der Bauteilanforderungen möglich ist. Dennoch kann der Wechsel auch der Automobilindustrie Vorteile bieten.

Prozesszeit bei der Herstellung von CFK-Bauteilen verkürzen

„Wichtigster Aspekt ist sicherlich, die Prozesszeit zu verkürzen“, sagt Ickert. Den Ansatz dazu sieht er in der Möglichkeit der Verarbeitung vorkonsolidierter Platten. Diese mit Gewebe verstärkten Kunststoffplatten – sogenannte Organobleche – lassen sich umformen und mit Kunststoff hinterspritzen.

Beide Vorgänge können als einstufiger Prozess in einer Spritzgießform stattfinden. Auf der Kunststoffmesse K 2010 in Düsseldorf zeigten die Maschinenhersteller Engel, Schwertberg/Österreich, und Krauss-Maffei, München, dafür konzipierte Fertigungszellen.

In diesen Zellen wurden die Organobleche aufgeheizt und von einem Roboter in die Spritzgießform gelegt, die während des Schließvorgangs die Platten umformte. Um die Konturen vollständig auszuformen und lokal zu verstärken, folgte das Hinterspritzen. Für diese Kombination aus Umformen und Hinterspritzen eignen sich Organobleche mit Carbon- oder Glasfasergewebe.

(ID:365247)