Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Endlosherstellung gebogener Profile öffnet Märkte für Faserverbundwerkstoffe

13.05.2009
Die Pultrusion ermöglicht nicht nur die kostengünstige Herstellung gerader, sondern auch gebogener, faserverstärkter Profile als Endlosware. Ausschlaggebend dafür ist eine Weiterentwicklung des Verfahrens, bei der die mit Harz getränkten Endlosfasern durch gekrümmte Werkzeuge gezogen werden. Heraus kommen Profilbögen, die weitere Märkte für Faserverbundwerkstoffe öffnen.

Die Thomas GmbH + Co. Technik und Innovation KG, Bremervörde, hat die Abläufe des Pultrusionsverfahrens zur Endlosherstellung faserverstärkter Kunststoffprofile umgedreht: Nicht das Profil wird durch das Formwerkzeug gezogen, sondern das Werkzeug schrittweise über das Halbzeug geführt. Diese Umkehrung ermöglicht die Herstellung gebogener, endlosfaserverstärkter Profile.

Dass ein kontinuierlich, kostengünstig arbeitendes Verfahren für zwei- oder dreidimensional gebogene Kunststoffprofile mit Endlosfaserverstärkung bisher am Markt nicht existierte, darin sieht der Prozessspezialist und -anwender eines der Haupthemmnisse für eine stärkere Verbreitung von Faserverbundwerkstoffen auf Massenmärkten (Bild 1).

Schnelligkeit und Automation ist Basis für Wirtschaftlichkeit der Pultrusion

Bei der Profilpultrusion handelt es sich grundsätzlich um ein Strangziehverfahren in offener oder geschlossener Ausführung. Die Verarbeitung erfolgt direkt von den Rollen.

Beim offenen Verfahren werden die Endlosfasern über eine Tauchwalze durch eine Harzwanne (Tränkwanne) gezogen. Ein Kadiergitter sorgt für die gewünschte Faserverteilung im herzustellenden Profil. Getränkt mit Kunstharz durchlaufen die Fasern mehrere Vorformstationen. In jeder Station wird das Faserharzgemisch immer näher an die endgültige Form herangeführt.

Beim geschlossenen Verfahren findet dagegen die Formgebung in einer Station statt – im Ziehwerkzeug, wo die Fasern bei erhöhtem Druck mit Harz getränkt werden. Das führt nicht nur zu einem höheren Benetzungsgrad der Fasern, auch lässt sich dadurch der Faservolumenanteil der Profile steigern.

Harz härtet im Werkzeug kontinuierlich aus

Einmal im Werkzeug angelangt, härtet das Harz bei Temperaturen von 100 bis 200 °C kontinuierlich aus. Das Ergebnis ist ein quasi endloses gerades Profil, das anschließend in beliebig lange Teile zersägt wird.

Kennzeichnend für das Verfahren sind vor allem die hohe Ziehgeschwindigkeit und der enorme Automatisierungsgrad. Das macht die Herstellung von Profilen aus Endlosfasern und duroplastischem Harz kostengünstig.

Jedoch lassen sich bei diesen Abläufen die Vorteile der Pultrusion nicht auf gebogene Profile übertragen. Darin sah der Prozessspezialist und -anwender Thomas den Entwicklungsansatz für das Verfahren Radius-Pultrusion – mit dem Ziel, die eingeschränkte Wettbewerbsfähigkeit von Faserverbundwerkstoffen bei Profilen im Vergleich zu Stahl und Aluminium zu beseitigen (Bilder 2 und 3 – siehe Bildergalerie).

Der Clou der Entwicklung besteht darin, die mit Harz getränkten Fasern während des Aushärtens durch ein gekrümmtes Formwerkzeug zu ziehen. Dass dabei das Werkzeug über das Halbzeug geführt wird, eröffnet die Möglichkeit, zwei- oder dreidimensionale Profilbögen mit konstanten Krümmungen herzustellen.

Beliebige Krümmungen der Profile in Zukunft möglich

Sollte es in Zukunft auch elastische Formeinsätze geben, hält man sogar beliebige Krümmungen für möglich. Jedoch auch ein gleichbleibender Krümmungsradius erweitert den Anwendungsbereich für Profile aus Faserverbundwerkstoffen erheblich.

In der Luftfahrttechnik benötigt man zum Beispiel kreisförmige Spanten für Flugzeugrümpfe aus CFK. Auch Rundbögen für isolierende Fenster lassen sich mit dieser Entwicklung herstellen. Weitere potenzielle Anwendungen hat man bei Brücken, Leitungsführungen und Tankbehältern ausgemacht.

Produktionstempo steigt mit zunehmendem Profilradius

Die Gründe für das große Anwendungspotenzial liegen in der Modifikation dieser Entwicklung. So ist damit die Endlosherstellung von Kreis- und Schraubenbögen mit praktisch beliebigen Radien und Steigungen möglich (Bild 4) – und somit auch die Herstellung von Federn. Kurzfristig sind laut Thomas Radien von 500 bis 1000 mm umsetzbar.

Je größer der Radius ist, desto schneller die Herstellungsgeschwindigkeit. Diese Abhängigkeit liegt an der limitierten Formlänge des gekrümmten Ziehwerkzeugs: Die Geschwindigkeit darf bei der Herstellung ebener Profilbögen ein Viertel des Kreisumfangs nicht überschreiten. Bei spiralförmigen Profilen wurde dagegen theoretisch keine solche Begrenzung lokalisiert: In diesem Fall sei eine auf die Anwendung bezogene Entwicklung erforderlich.

Bei einem ebenen Profilbogen mit 500 m Radius liegt die maximale Formlänge des Werkzeugs bei knapp 800 mm. Daraus ergibt sich eine maximale Herstellungsgeschwindigkeit die bei Polyester oder Epoxid als Kunstharz etwa 0,4 m/min, bei Polyurethan und PES als Mischharz etwa das Doppelte beträgt.

Verstärkungsfasern beeinflussen mechanische Eigenschaften der Profile

Der Grund dafür liegt im unterschiedlichen Aushärtungsverhalten dieser Matrixwerkstoffe, in denen die Verstärkungsfasern unidirektional, als Gewebe oder Geflecht eingebettet sind. Außer Carbon- und Glasfasern kann es sich dabei auch um Naturfasern handeln. Von der Art und Dichte der Verstärkungsfasern hängen die mechanischen Profileigenschaften ab.

Am Ende erhält man Profile, die laut Thomas stabil wie Stahl und leicht wie Aluminium sein können. Bezüglich der Steifigkeit und Festigkeit gelten den Angaben zufolge die gleichen Werte wie bei konventionell pultrudierten Profilen. Generell werden Anwendungen für gebogene, faserverstärkte Profile überall dort gesehen, wo leichte, aber stabile Strukturelemente erforderlich sind. Dieses breite potenzielle Anwendungsspektrum, das dieses Pultrusionsverfahren den Profilen aus Faserverbundwerkstoffen eröffnet, hat Fachleute in Europa überzeugt.

Ausdruck dafür sind verschiedene Auszeichnungen, die diese Entwicklung auf Messen inzwischen erhalten hat: wie den „Best of Materialica Design & Technology Award“ in München im vergangenen und den zweiten Platz beim „JEC Innovation Award“ in Paris in diesem Jahr. Vor kurzem ist die Verfahrensentwicklung Radius-Pultrusion – bei über 70 Einreichungen – bis in die Endausscheidung um den Hermes Award 2009 vorgestoßen.

Josef Kraus | MM MaschinenMarkt
Weitere Informationen:
http://www.maschinenmarkt.vogel.de/themenkanaele/produktion/kunststoffundgummiverarbeitung/articles/187739/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Maschinenbau:

nachricht Satellitengestützte Lasermesstechnik gegen den Klimawandel
17.01.2017 | Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT

nachricht eldec-Technologie im Maschinenbau: Standardisierte Hochleistungsgeneratoren für exzellente Maschinenbaulösungen
15.12.2016 | EMAG eldec Induction GmbH

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Maschinenbau >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Innovatives Hochleistungsmaterial: Biofasern aus Florfliegenseide

Neuartige Biofasern aus einem Seidenprotein der Florfliege werden am Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP gemeinsam mit der Firma AMSilk GmbH entwickelt. Die Forscher arbeiten daran, das Protein in großen Mengen biotechnologisch herzustellen. Als hochgradig biegesteife Faser soll das Material künftig zum Beispiel in Leichtbaukunststoffen für die Verkehrstechnik eingesetzt werden. Im Bereich Medizintechnik sind beispielsweise biokompatible Seidenbeschichtungen von Implantaten denkbar. Ein erstes Materialmuster präsentiert das Fraunhofer IAP auf der Internationalen Grünen Woche in Berlin vom 20.1. bis 29.1.2017 in Halle 4.2 am Stand 212.

Zum Schutz des Nachwuchses vor bodennahen Fressfeinden lagern Florfliegen ihre Eier auf der Unterseite von Blättern ab – auf der Spitze von stabilen seidenen...

Im Focus: Verkehrsstau im Nichts

Konstanzer Physiker verbuchen neue Erfolge bei der Vermessung des Quanten-Vakuums

An der Universität Konstanz ist ein weiterer bedeutender Schritt hin zu einem völlig neuen experimentellen Zugang zur Quantenphysik gelungen. Das Team um Prof....

Im Focus: Traffic jam in empty space

New success for Konstanz physicists in studying the quantum vacuum

An important step towards a completely new experimental access to quantum physics has been made at University of Konstanz. The team of scientists headed by...

Im Focus: Textiler Hochwasserschutz erhöht Sicherheit

Wissenschaftler der TU Chemnitz präsentieren im Februar und März 2017 ein neues temporäres System zum Schutz gegen Hochwasser auf Baumessen in Chemnitz und Dresden

Auch die jüngsten Hochwasserereignisse zeigen, dass vielerorts das natürliche Rückhaltepotential von Uferbereichen schnell erschöpft ist und angrenzende...

Im Focus: Wie Darmbakterien krank machen

HZI-Forscher entschlüsseln Infektionsmechanismen von Yersinien und Immunantworten des Wirts

Yersinien verursachen schwere Darminfektionen. Um ihre Infektionsmechanismen besser zu verstehen, werden Studien mit dem Modellorganismus Yersinia...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Mittelstand 4.0 – Mehrwerte durch Digitalisierung: Hintergründe, Beispiele, Lösungen

20.01.2017 | Veranstaltungen

Nachhaltige Wassernutzung in der Landwirtschaft Osteuropas und Zentralasiens

19.01.2017 | Veranstaltungen

Künftige Rohstoffexperten aus aller Welt in Freiberg zur Winterschule

18.01.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

21.500 Euro für eine grüne Zukunft – Unserer Umwelt zuliebe

20.01.2017 | Unternehmensmeldung

innovations-report im Interview mit Rolf-Dieter Lafrenz, Gründer und Geschäftsführer der Hamburger Start ups Cargonexx

20.01.2017 | Unternehmensmeldung

Niederlande: Intelligente Lösungen für Bahn und Stahlindustrie werden gefördert

20.01.2017 | Förderungen Preise