AMC-Revolution xFK in 3D

Noch größere Freiheiten für FVK-Teile-Designer

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So urteilen Experten aus der Forschung

Prof. Dr. Eyerer, Institutsleiter des Fraunhofer-ICT sowie des Instituts für Kraftstoffkunde und Kraftstoffprüfung (IPK), beschreibt das Potenzial von xFK in 3D so: „Bei dem Verfahren handelt es sich um eine sehr einfache, günstige, hochflexible, nachhaltige und nahezu beliebig räumlich gestaltbare Faserverarbeitungstechnologie.“ Ein Faser-Roving gewünschter Stärke und Länge wird dabei mit Epoxidharz getränkt und über eine Ablegevorrichtung per Roboter zu einem Bauteil gelegt. Die freie geometrische Auslegung ist bei den meisten Anwendungsfällen im Maschinenbau, der Automobiltechnik oder in anderen Einsatzgebieten gegeben. „Die Fasern liegen reproduzierbar ideal in Spannungsrichtung. Es werden nur die Fasern benötigt, welche im Bauteil Kräfte übertragen“, betont Eyerer. Es gibt außerdem keinen Verschnitt.

In Hybridlösungen wird die Verbindungstechnik durch optimierten, fasergerechten Formschluss reproduzierbar erzielt. Ein besonderer Fügevorgang findet nicht statt, denn die getränkten Faserstränge verbinden sich von selbst miteinander und härten zum fertigen Bauteil aus. Änderungsschleifen und Varianten sind durch nicht vorhandene geschlossene Formen zeitnah und günstig machbar. Teure Werkzeugformen entfallen für viele Anwendungen.

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Mit diesem Verfahren, so Eyerer, werden die Werkstoffkennwerte der Fasern optimal in Bauteile eingebracht. Die physikalischen Eigenschaften der Fasern spiegeln sich in den Bauteilen direkt wider. Der Forscher: „xFK in 3D wird meiner Meinung nach völlig neue Potenziale (technisch, wirtschaftlich, umweltlich und sozial) im Leichtbau erschließen.“

Eine Marktpotenzialanalyse und Technologiestudie zu „CFK-Profilen in 3D-Flecht- und Wickelverfahren“, die von der AMC in Kooperation mit Voith Composites, Tecosim sowie CFK Valley und Carbon Composites durchgeführt wurde, hat unter anderem zu folgenden Ergebnissen bei der entwicklungsbezogenen Zeit und Kosteneffizienz geführt:

  • „Frontloading“ in der lastfallpräzisen FE-Simulation (virtuelle Auslegung durch innovative Finite-Elemente-Analysen);
  • topologisch optimierte belastungsgerechte einfache Geometrien (kraft-spannungs-optimiert);
  • parametrisierte Formulierung der Bauteilfertigung (Faserausrichtung, Lagenaufbau);
  • vereinfachte Prototypenfertigung (geringe Werkzeugkosten im realitätsnahen Prototyping).

Was die Produktion betrifft, schlagen diese Vorteile in Sachen Kosten- und Zeitfaktor positiv zu Buche:

  • einfache Serienwerkzeuge (vor allem auch für kleine und mittlere Stückzahlen);
  • geringerer Werkzeugänderungsaufwand (einfache „Re-Programmierung“ des Werkstückträgers = Bauteilwerkzeug, Prüfvorrichtungen im Qualitätswesen);
  • hohe Flexibilität in der Automatisierung („Program Readiness“ durch „Motion teach“);
  • präzise formulierbare Qualitätssicherungsmaßnahmen (Reproduzierbarkeit) und Implementierung.

Egal welche Verstärkungsfasern genutzt werden sollen, die Wirksamkeit der innovativen Prozesstechnologie xFK in 3D ist bewiesenermaßen stets gegeben. Damit leistet xFK in 3D einen ebenso konkreten wie wirksamen Beitrag zur Ressourcenschonung, zum Umwelt- und Klimaschutz, zur Nachhaltigkeit – und zwar über den gesamten Produktlebenszyklus. Denn wenn die diversen Fasern von Verbundwerkstoffen nach den gewünschten Bauteilfunktionen ausgerichtet und (das gilt auch für nicht rotationssymmetrische Bauteile) dreidimensional gewickelt werden, entstehen smarte sowie belastungsfähige, bei Bedarf ultraleichte Strukturbauteile. Das funktioniert auch im Hinblick auf Hybrid- und Mischbauweise. Die neueste Ultraleichtbau-Erfindung ist ein xFK-in-3D-optimierter Fahrrad-Flaschenhalter, der bereits über 3000 Abnehmer gefunden hat. MM

* Peter Fassbaender ist Technologieberater und Spezialist für xFK in 3D-Verfahren bei der Automotive Management Consulting GmbH in 82377 Penzberg, Tel. (0 88 56) 8 05 48-50, info@automotive-management-consulting.com, www.automotive-management-consulting.com

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