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ILK der Technischen Universität Dresden

Neuer Job für alte Carbonfasern und recycelte Thermoplaste

| Redakteur: Peter Königsreuther

Gemeinsam mit Partnern aus Wissenschaft und Industrie haben Forscher des Instituts für Leichtbau und Kunststofftechnik (ILK) der TU Dresden im FOREL-Technologieprojekt „Relei“ unter der Projektleitung der Elringkliner AG, wie es heißt, einen Technologiedemonstrator entwickelt, an dem das Thema Recycling konsequent umgesetzt wurde. Anfang September werde das Ergebnis offiziell vorgestellt.

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Fertig ist der zu 80 % aus Recyclingmaterialien bestehende Technologiedemonstrator – eine thermoplastische Sandwichstruktur, verstärkt mit recycelten Carbonfasern, wie die Experten des Institut für Leichtbau und Kunststofftechnik der TU-Dresden berichten. Schon bei der Konzeption und der Teileauslegung im Rahmen des „Relei“-Projekts habe man den Einsatz von thermoplastischem Regenerat und recycelter Carbonfasern konsequent berücksichtigt; bis hin zu dessen eigener nachhaltiger Entsorgung.
Fertig ist der zu 80 % aus Recyclingmaterialien bestehende Technologiedemonstrator – eine thermoplastische Sandwichstruktur, verstärkt mit recycelten Carbonfasern, wie die Experten des Institut für Leichtbau und Kunststofftechnik der TU-Dresden berichten. Schon bei der Konzeption und der Teileauslegung im Rahmen des „Relei“-Projekts habe man den Einsatz von thermoplastischem Regenerat und recycelter Carbonfasern konsequent berücksichtigt; bis hin zu dessen eigener nachhaltiger Entsorgung.
(Bild: TUD/ILK)

Bis dato werde das Recycling eines Bauteils erst vergleichsweise spät bei der Produktgestaltung berücksichtigt, was oft dazu führe, dass Anforderungen aus dem Recycling und der mögliche Einsatz von Sekundärmaterialien nur sehr eingeschränkt bei der Bauteilauslegung in Betracht gezogen würden. Aus diesem Grund wurde im Verbundprojekt „Relei“ ein ganzheitlicher Ansatz verfolgt, bei dem bereits während der Konzeption und Entwicklung die spezifischen Eigenschaftsprofile von unterschiedlichen Recyclingmaterialien, wie etwa recycelten Carbonfasern (rCF)und wiederaufbereitetem Spritzgießgranulat, berücksichtigt werden, so das Projektteam des ILK zum Hintergrund ihrer diesbezüglichen Forschungen.

Spritzgieß-Novum „Schäumformen“ erstmals an komplexer Geometrie getestet

Für die Bereitstellung von Recycling-Halbzeugen entwickelte das Team des „Relei“-Projektes, wie es heißt, zunächst zwei unterschiedliche Prozessrouten. Zur Realisierung flächiger Verstärkungshalbzeuge wurden dabei aus rCF und Polyamidfasern von Grimm Schirp GS Technologie GmbH sogenannte Hybridvliese hergestellt. Darüber hinaus wurde aus Faser-Thermoplast-Verbund-Abfällen auf Polyamidbasis vom IAM der TU BA Freiberg durch eine mechanische Wiederaufbereitung Splittergranulat hergestellt. Im zweiten Schritt wendete das ILK-Team um Prof. Maik Gude erstmals, wie es heißt, die neu entwickelte Spritzgießfertigungstechnologie des „Schäumformens“ an einer komplexen Geometrie an. Damit können laut Aussage der Forscher in einem One-Shot-Prozess thermoplastische Sandwichstrukturen mit faserverstärkten Decklagen hergestellt werden. Zusätzlich seien im Prozess Lasteinleitungselemente, endlosfaserverstärkte Organobleche und versteifende Verrippungen in die Struktur implementierbar.

Einsatzfähiges Rückwandoberteil einer Kfz-Karosserie mit 80 % Recyclingmaterial

Der Prozess ermöglicht eine große gestalterische Freiheit und ein hohes Maß an Funktionsintegration, wie es weiter heißt. Für die virtuelle Prozessauslegung habe der Projektpartner „inpro-Methoden“ zur Abbildung des gesamten Prozesses in einer durchgängigen Simulationskette entwickelt. Der Technologiedemonstrator stelle nun das Rückwandoberteil einer Fahrzeugkarosserie dar. Damit sollen zum einen hohe Ansprüche an die Gesamtsteifigkeit gestellt, und zum anderen lokal hohe mechanische Lasten aufgenommen werden. Dies betreffe etwa die Verankerung eines Gurtaufrollers und mehrerer Kindersitzbefestigungen im Crash-Lastfall. Darüber hinaus sind aufgrund der Anbindung eines Bass-Lautsprechers hohe akustische Anforderungen in Bezug auf das NVH-Verhalten (Noise, Vibration, Harshness – Auftreten unerwünschter Nebengeräusche) zu erfüllen, merken die ILK-Experten an.

Die entwickelte Fertigungsweise erlaube die Aufteilung der Bauteilstruktur in verschiedene Funktionsbereiche, wodurch die unterschiedlichen Belastungen anforderungsgerecht aufgenommen werden könnten. Je nach Anforderung kann auf günstiges recyceltes Spritzgießmaterial oder Hybridvliese aus recycelten Carbonfasern zurückgegriffen werden, wie die Forscher sagen. Den Einsatz teurer Neumaterialien konnten die Wissenschaftler auf lokal begrenzte Organoblechverstärkungen beschränken, heißt es. Der Anteil von Recyclingmaterial liegt insgesamt bei circa 80 %. Auch die wirtschaftliche stoffliche Verwertung der Demonstratorstruktur und eine Strategien für eine effektive Demontage gehörten, wie es weiter heißt, zum Projektziel.

Staatlich gefördertes Leuchtturmprojekt für eine bessere Zukunft

Das Potenzial von recyceltem CFK für thermoplastische Strukturbauteile, der im Projekt „Relei“ entwickelte einzigartige Prozess sowie der dabei heraus gekommene, komplexe Technologiedemonstrator werden beim Projektabschluss auf dem FOREL-Kolloquium vom 3. bis 4. September.2018 in Dresden der Öffentlichkeit vorgestellt, betonen die Protagonisten aus Dresden. Das Forschungs- und Entwicklungsvorhaben „Relei“ wird mit Mitteln des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmenkonzept „Innovationen für die Produktion, Dienstleistung und Arbeit von morgen“ und aus dem Energie- und Klimafonds gefördert (Förderkennzeichen 02PJ2800 – 02PJ2808) und vom Projektträger Karlsruhe (PTKA) betreut, heißt es. „Relei“ wurde 2015 vom BMBF außerdem als Leuchtturmprojekt ausgezeichnet.

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