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Fraunhofer IKV Fertigungsprozess reduziert Leichtbaukosten

| Redakteur: Dietmar Kuhn

Gerade im Bereich des Leichtbaus sind Fertigungskosten von großer Bedeutung. Diese zu senken, haben Forscher einen Prozess entwickelt, mit dem Faservorformlinge deutlich effizienter hergestellt werden können. Dabei konnte beispielsweise der Verschnitt drastisch gesenkt werden.

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Am Fraunhofer-Institut IKV konnte ein automatisierter Prozess entwickelt werden, um die Kosten für die Herstellung von Faserpreforms mit thermoplastischer Matrix zu reduzieren.
Am Fraunhofer-Institut IKV konnte ein automatisierter Prozess entwickelt werden, um die Kosten für die Herstellung von Faserpreforms mit thermoplastischer Matrix zu reduzieren.
(Bild: Fraunhofer-IKV)

Ressourcenschonung und Energieeffizienz sind Schlagworte, die gerade beim Thema Leichtbau oft diskutiert werden. Senkt man beispielsweise die Fahrzeugmasse eines Pkw um 100 kg, nimmt der Kraftstoffverbrauch – je nach Fahrzyklus, Messmethode oder Quelle – um etwa 0,1 bis 0,6 l/100 km Fahrstrecke ab. Faserverstärkte Kunststoffe (FVK) bieten in diesem Zusammenhang eine Vielzahl von Vorteilen.

Faserverstärkte Kunststoffe (FVK) ersetzen klassische Werkstoffe

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 FVK 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.

Kosten bei der Preformherstellung müssen deutlich reduziert werden

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, heißt es am Fraunhofer-Institut für Kunststoffverarbeitung IKV in Aachen..

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 % der gesamten Bauteilkosten aus. So fällt bei diesem Prozessschritt bis zu 30 % 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.

So konnte ein 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. Der flexibel einsetzbare Fertigungsprozess erlaubt es insbesondere kleinen und mittleren Unternehmen, schnell auf geänderte Kundenanforderungen zu reagieren und ihre Produkte anzupassen.

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