Das Faserinstitut Bremen hat ein Verfahren entwickelt, bei dem Faserbündel dort gelegt werden, wo

Das Faserinstitut Bremen hat ein Verfahren entwickelt, bei dem Faserbündel dort gelegt werden, wo die Hauptkräfte durch Bauteile fließen (Bild: Faserinstitut).

(ba). Faserverstärkte Leichtbaustrukturen werden bislang überwiegend mit einer Matrix aus Duroplast hergestellt. Flüssige Harze werden dabei mit Härter gemischt und in Formen eingebracht, die mit den Verstärkungsfasern ausgelegt sind. Vakuum und andere Verfahren sorgen dann dafür, dass im Verbund keine Luftblasen verbleiben – danach ist warten angesagt, meist viele Stunden bis die beiden Komponenten ausreagiert haben. Kommen künftig anstelle der Duroplaste durch Wärme verflüssigbare Thermoplaste zum Einsatz, sinkt die Zykluszeit zur Herstellung eines Teiles auf eine bis zwei Minuten. Deshalb greifen Hersteller von Flugzeugen, Automobilen und Rotorblättern für Windenergieanlagen (WEA) nach Strukturteilen auf thermoplastischer Matrix.

Professor Dr.-Ing. Axel S. Herrmann vom CFK-Valley Stade e.V. und zugleich Leiter des Bremer Faserinstituts, ist davon überzeugt, dass an faserverstärkten Thermoplast-Bauteilen kein Weg vorbeiführt. Vor allem, „wenn Konstrukteure künftig nicht nur an die geringe Dichte und das damit verbundene geringe Gewicht bei gleichzeitig hoher mechanischer, chemischer und thermischer Beständigkeit denken“, werde das Thema richtig spannend. So berichtet Professor Herrmann von anisotropen Strukturen, bei denen Bauteile unter Zugbelastung nicht nur länger werden, sondern auch eine definierbare Drehung ausführen.
Mit solchen Strukturen lassen sich zum Beispiel Hubschrauber-Rotorblätter herstellen, die analog zur Rotordrehzahl ohne mechanische Stellglieder ihren Anstellwinkel verändern – um Kraftstoff zu sparen und die Lautstärke zu verringern. Auch aus diesem Grund hat Professor Herrmann die internationale Kongressmesse ITHEC angestoßen, die in diesem Jahr erstmals in Bremen stattfand.

Dass faserverstärkte Thermoplaste die Produktionsprozesse erheblich verändern, wird an vielen Stellen sichtbar: Da sich die Thermoplaste immer wieder schmelzen lassen, können von der Kunststoffindustrie Halbzeuge hergestellt werden – zum Beispiel Organobleche und Organofolien – die später im Automobilwerk oder bei einem Zulieferer weiterverarbeitet werden. So berichtet Martin Würtele von Krauss-Maffei, dass solche Vorprodukte auch in Spritzgießwerkzeugen dreidimensional umgeformt und zugleich veredelt werden können. Das Organoblech wird dazu plan angeliefert, vorgewärmt und beim Schließen der Kavität tiefgezogen. Gleich darauf wird mit der Plastifizierschnecke Schmelze eines identischen Thermoplasts unter hohem Druck eingespritzt. Innerhalb weniger Sekunden verschmelzen das Organoblech und das verflüssigte Granulat zu einer homogenen Struktur. So lassen sich mit einem Schuss zusätzlich Verstärkungsrippen, Werkzeughalter, ein EMV-geschirmtes Steuerungsgehäuse oder mithilfe des Gasinnendruckverfahrens (GID) sogar Medienleitungen anfügen.

Dr. Hubert Borgmann, Projektleiter der neuen Kongressmesse ITHEC bei der Messe Bremen, hat einen kritischen Punkt ausgemacht, der die Umsetzung der neuen Technologie zu einer Herausforderung werden lässt: „Die Industrie kann sich die Vorteile der faserverstärkten Thermoplaste nur dann erschließen, wenn von der Vorentwicklung über die Konstruktion bis hin zur Produktion die Bereichsmanager als eine Art Task-Force die konstruktiven Möglichkeiten beleuchtet und zugleich die Auswirkungen auf die Serienfertigung und das Recycling in ihr Bewertungsschema mit einbezieht.“

Faserverstärkte Thermoplaste bieten viele Vorteile, wie die hohe Festigkeit der Bauteile und das geringe Gewicht. Gleichzeitig lassen sie es zu, durch Funktionsintegrationen die Bauteilvielfalt zu verringern und erschließen interessante Verbindungstechniken – von der Vollkonsolidierung über das Schweißen bis zum Kleben. Selbst neue Montageprozesse werden vorstellbar, bei denen mit bereits eingebauten Strukturteilen noch Bauteile aus anderen vorgefertigten Baugruppen verbunden werden – ohne Schrauben oder andere Verbindungselemente, etwa per Ultraschallschweißen.

aus Produktion Nr. 46, 2012