Faserverstärkte Kunststoffe (FVK) für den innovativen Leichtbau
Faserverstärkte Kunststoffe (FVK) werden immer mehr zur Schlüsseltechnologie für innovativen Leichtbau. Dies werden die Aussteller der Hannover Messe in der „Leichtbauhalle 6“ unter Beweis stellen. Über die Präsentation neuer Ansätze und Verfahren wollen sie demonstrieren, dass der Einsatz von Leichtbauwerkstoffen und -konstruktionen der zukunftsweisende Weg für die Reduzierung des Energie- und Materialbedarfs und damit eine Verbesserung der Effizienz und Wirtschaftlichkeit der Endprodukte ist.
„In der Welt von morgen werden Faserverbundprodukte – deren Herstellung und Nutzung die Umwelt schonen, die energieeffizient, gewichtsparend und nachhaltig sind – einen noch höheren Stellenwert haben als heute schon“, prognostiziert Elmar Witten. Der Geschäftsführer der Industrievereinigung Verstärkte Kunststoffe (AVK), Frankfurt am Main, sieht deshalb für diese Werkstoffsparte gute Chancen, sich im Wettbewerb mit anderen Leichtbauwerkstoffen vom 23. bis 27. April während der internationalen Leitmesse für industrielle Zulieferlösungen weitere Anwendungsfelder erschließen zu können.
Insbesondere die gegenwärtige Diskussion um den Einsatz von kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen (CFK) sei vielversprechend. Von den Vorteilen dieser CFK-Bauteile für den Maschinen- oder Fahrzeugbau können sich die Messebesucher laut Witten unter anderem auf dem AVK-Gemeinschaftsstand in Halle 6 überzeugen. Als positive Eigenschaften des Verbundwerkstoffs nannte der Experte neben den Gewichtsvorteilen die hohe Ermüdungsfestigkeit der CFK-Teile.
Faserverstärkte Kunststoffe (FVK) dämpfen Schwingungen
Darüber hinaus sorgten kohlenstofffaserverstärkte Komponenten aufgrund ihrer Schwingungsdämpfung für eine hohe Laufruhe. Mit diesen Eigenschaften, so Witten, könne das Material die bestehende Werkstoffpalette der Industrie sinnvoll ergänzen. Das gelte nicht nur für Anwendungen in der Verkehrstechnik (in Branchen wie der Luftfahrt- und Bahntechnik, dem Fahrzeug-, Schiff- und Bootsbau), sondern auch bei stationären Investitionsgütern. Gerade für Maschinen, deren Achsen immer wieder beschleunigt und abgebremst werden, biete sich die Substitution metallischer Werkstoffe an.
Ein wichtiger Treiber für den künftigen CFK-Einsatz ist nach Aussage von Marc Bicker die Elektromobilität. „Da die elektrischen Komponenten und Energiespeicher das Gewicht eines Fahrzeugs erheblich erhöhen, ist Leichtbau ein unverzichtbares Element für eine effiziente und nachhaltige Mobilität“, erklärt der Projektleiter des Leichtbau-Clusters der Hochschule Landshut, der ebenfalls in der Halle 6 ausstellen wird.
Darüber hinaus werden nach Aussage des Leichtbauspezialisten in Hannover auch zahlreiche neue Technologien für die Fertigung von Faserverbundstrukturen zu entdecken sein. Bicker: „Experten referieren dazu in Vorträgen über Trends und Entwicklungen. Zudem werden auf der „Solutions Area Leichtbau“ in Halle 6, Stand B30, in Leichtbau-Exponaten und Live-Demonstrationen interdisziplinäre und praxisorientierte Lösungen für verschiedene Zielbranchen vorgestellt mit dem Ziel, auch art- und branchenfremde Innovationen und Technologien in andere Branchen zu übertragen.“
Neue Industriebranchen für Leichtbauanwendungen gesucht
Dieser Transfer innovativer Leichtbauanwendungen in bislang nicht erreichte Industriebranchen ist nach Ansicht von Witten auch ein wichtiges Argument dafür, mit CFK- und FVK-Leichtbaulösungen auf der weltweit größten Industriemesse Flagge zu zeigen. „Denn über das Leistungspotenzial von Leichtbauteilen, das sich mit Faserverbundkunststoffen erschließen lässt, ist sich die allgemeine Industrie noch nicht ganz im Klaren“, so der AVK-Geschäftsführer. Bereits während der vergangenen Hannover Messe habe er festgestellt, dass viele Besucher „über die zahlreichen Möglichkeiten erstaunt“ waren, die Composites böten. Gerade die Live-Demonstration des RTM-Verfahrens (RTM: Resin Transfer Moulding) zur Herstellung von Formteilen hat laut Witten auf anschauliche Weise geholfen, in puncto Gewichtseinsparung, Festigkeit und Steifigkeit Einblicke in die Bauteilgestaltung zu geben.
Während der diesjährigen Messe in Hannover will das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) auf der Solutions Area die Aufmerksamkeit der Messebesucher vor allem auf eine CFK-Rennwagenfelge mit einem Eigengewicht von nur 1450 g lenken. Gegenüber einer vergleichbaren Felge aus Aluminium bedeutet dies eine Gewichtsersparnis von 2,5 kg. Auch der Fertigungsprozess der CFK-Felge wurde am KIT analysiert und optimiert. Mit dem VARTM-Prozess (Vacuum-assisted-Resin-Transfer-Moulding) können gegenüber einem Pregpreg-/Autoklav-Verfahren die Materialkosten und die Fertigungszeit gesenkt werden.
Das Braunschweiger Unternehmen Invent wird in Hannover Wabenstrukturen aus CFK für Satellitenantennen zeigen. Die Waben aus dem Verbundwerkstoff weisen ein geringes Raumgewicht bei hoher Steifigkeit und Temperaturstabilität auf. Für die Fertigung der Leichtbaustrukturen wurde eine spezielle Fertigungstechnologie entwickelt, die es laut den Unternehmensangaben ermöglicht, die Wabenstruktur auf die erforderlichen Eigenschaften für einen Einsatz in der Raumfahrtindustrie – zumeist in optischen Strukturen oder Reflektorantennen – auszurichten.
In Form von Live-Demonstrationen zeigt beispielsweise die GMA Werkstoffprüfung, Friedberg, auf der Solutions Area die Ultraschallprüfung für Bauteile aus Verbundwerkstoffen und die Technische Universität Chemnitz präsentiert die Strukturprüfung eines Bauteils im Betrieb.
Über eine Simulationslösung für Entwicklungsprozesse im Leichtbau können sich Messebesucher bei Altair Engineering, Böblingen, auf dem Gemeinschaftsstand des Landes Baden-Württemberg (Halle 6) informieren. Mit deren Werkzeugen und Dienstleistungen lässt sich laut den Unternehmensinformationen der effiziente Auslegungsprozess von Verbundmaterialien sicherstellen und das Leichtbaupotenzial voll ausschöpfen. Auf der Messe wird das Unternehmen seine Softwarelösung HyperWorks 11 zeigen, die bereits bei einigen OEM der Luftfahrt und dem Automobilbau im Rahmen von Optimierungszentren zum Einsatz kommen.
Hybride für den Automobilleichtbau: Faserverstärkte Kunststoffe plus Metall
Über Metall-Faserverbundkunststoff-Hybride für den Automobilleichtbau wird Christian Lauter von der Universität Paderborn im Rahmen des branchenübergreifenden Vortrags- und Diskussionsforums „Suppliers Convention“ in Halle 4 (Stand E50) berichten. „Diese belastungsangepassten Leichtbaustrukturen bieten ein enormes Leichtbaupotenzial etwa für den Automobilbau. Durch die konsequente Anwendung der Hybridbauweise lassen sich gegenüber konventionellen Bauweisen bis zu 30 % an Gewicht einsparen“, erklärte der Wissenschaftler. Allerdings bedinge die großserientaugliche Anwendung der Hybridbauweise geeignete, automatisierte Fertigungsverfahren mit geringen Taktzeiten. Hier biete die Technologie des Prepreg-Pressens zur Fertigung von Strukturteilen mit einfacher Geometrie eine Möglichkeit, Leichtbaustrukturen mit Taktzeiten unter 5 min zu erreichen.
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