Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Automatisierung erschließt Karbonfasern neue Potenziale

20.11.2003


Ungeachtet hervorragender Materialeigenschaften beschränkte sich der Einsatzbereich von kohlefaserverstärkten Kunststoffen (CFKs) aus wirtschaftlichen Gründen bisher vorwiegend auf Spezialanwendungen im High-Tech-Bereich wie beispielsweise in der Luft- und Raumfahrt. Ein entscheidender Kostenfaktor bei der Herstellung von CFK-Strukturen ist der geringe Automatisierungsgrad des Herstellungsprozesses, da die geringe Steifigkeit von Karbonfasermatten den Einsatz von Industrierobotern im Wege steht. Mit Hilfe eines neuartigen Bindemittelsystems ist es nun möglich, Fertigungsprozesse so zu gestalten, dass sich CFK-Bauteile im Automobilsektor betriebswirtschaftlich rechnen.


Mit einer Gewichtsersparnis von rund 30 Prozent im Vergleich zu Aluminium und 50 Prozent gegenüber Stahl gehören CFKs zu den leichtesten Konstruktionswerkstoffen überhaupt. So konnten die “Leichtgewichte” bisher vorrangig Bereiche erobern, wo sich jedes Kilogramm Gewichtsersparnis buchstäblich bezahlt macht. Komponenten für die Raumfahrt gehören ebenso dazu wie Bauteile für Flugzeuge und Rennwagen.

Die Gewichtsreduktion ist aber nicht die einzige Stärke der CFKs. Vielmehr sind diese in der Lage, die Festigkeit und Steifigkeit von Bauteilen einerseits deutlich zu erhöhen, mechanischen Schwingungen zugleich aber einen gehörigen “Dämpfer” zu verleihen. Der Wunsch, das im Bereich der Spezialmärkte erworbene Know-how beispielsweise auf Serienfahrzeuge zu übertragen, scheiterte bisher am hohen Preis für CFK-Bauteile.


“Die Herstellungskosten von CFK-Komponenten schlagen allein mit 55 Prozent zu Buche”, zieht Dr. Thomas Lehmann, Product Development Manager bei WACKER SPECIALTIES, Bilanz. Grund dafür ist der geringe Automatisierungsgrad der CFK-Technologie. Im so genannten Resin-Transfer-Verfahren (RTM) müssen die für die Herstellung von CFK-Strukturteilen erforderlichen Kohlefasermatten wegen ihrer geringen Steifigkeit vor dem Pressen manuell übereinander gestapelt werden. Erst dann können die Matten mit flüssigem Harz versehen und in der Form ausgehärtet werden.

Produktivität wird verdoppelt

Anwendungstechniker bei WACKER fanden nun eine Möglichkeit, wie sich die Taktzeiten in den Pressen drastisch beschleunigen lassen. Schlüssel zum Erfolg war das Bindemittelsystem VINNEX®. Kern der neuen Bindemittelgeneration ist ein thermoplastisches und zugleich selbstvernetzendes Polymer. Nach dem Ansintern der Pulverkörnchen bei 170 °C und einem nachfolgenden Vorwärmschritt wird nach der Ausformung der Matten im kalten Presswerkzeug eine Kohlefaser-Preform erhalten. Diese Preforms verfügen – dank des VINNEX-Bindemittelsystems – über eine ausreichende Steifigkeit, um sie mit Hilfe von Industrierobotern in das formgebende Werkzeug einzulegen und im RTM-Prozess weiter zu verarbeiten. Zusammen mit der hohen Reaktionsgeschwindigkeit bei der Selbstvernetzung trägt die Automatisierung entscheidend zur Verkürzung der Taktzeiten bei. Auch wenn sich die Wirtschaftlichkeit noch nicht in Euro und Cent kalkulieren lässt, rechnen Experten wie Dr. Lehmann in Abhängigkeit von der Komplexität der Strukturen mit einer annähernden Verdoppelung der Produktivität.

Mit VINNEX® gehärtete Preforms zeichnen sich nicht nur durch geringere Herstellungskosten, sondern auch durch eine Reihe von verbesserten Materialeigenschaften aus. So lassen sich mit dem Bindesystem beschichtete Gelege und Gewebe problemlos zuschneiden und weiterverarbeiten. Ein besonderer Vorteil von VINNEX® tritt erst unter dem Mikroskop zutage. So werden punktuelle Bindungen überall dort geschaffen, wo sich Fasern treffen oder überschneiden. Makroskopisch wirken sich derartige Punktverbindungen in einer erhöhten Stabilität und einer drastisch verringerten Neigung zur Materialermüdung aus.

Die größten Potenziale für neuartige CFK-Anwendungen sieht WACKER vorrangig im Automobilsektor, wo sich das niedrige Gewicht von CFK-Strukturen unter anderem in einem verringerten Treibstoffverbrauch niederschlägt. Werden höher liegende Bauteile wie etwa das Autodach aus CFK gefertigt, lässt sich darüber hinaus der Schwerpunkt des Fahrzeugs nach unten verlagern, was wiederum zu einer verbesserten Straßenlage führt. “Die hohe Steifigkeit der Fasern macht sich wiederum in einer besseren Kraftübertragung bemerkbar”, ergänzt Dr. Lehmann. Last not least sprechen auch ökologische Gründe für den Einsatz des Spezialbinders. Da dieser keine niedermolekularen Bestandteile enthält, werden im Innenraum des Automobils auch keine gesundheitsschädlichen Substanzen freigesetzt.


Rolf Froböse |
Weitere Informationen:
http://www.wacker.com/internet/noc/WackerGroup/Divisions/Specialties/

Weitere Berichte zu: Automatisierung CFK Potenzial Steifigkeit VINNEX WACKER

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Materialwissenschaften:

nachricht Beschichtung lässt Muscheln abrutschen
18.08.2017 | Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg

nachricht PKW-Verglasung aus Plastik?
15.08.2017 | Technische Hochschule Mittelhessen

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Unterwasserroboter soll nach einem Jahr in der arktischen Tiefsee auftauchen

Am Dienstag, den 22. August wird das Forschungsschiff Polarstern im norwegischen Tromsø zu einer besonderen Expedition in die Arktis starten: Der autonome Unterwasserroboter TRAMPER soll nach einem Jahr Einsatzzeit am arktischen Tiefseeboden auftauchen. Dieses Gerät und weitere robotische Systeme, die Tiefsee- und Weltraumforscher im Rahmen der Helmholtz-Allianz ROBEX gemeinsam entwickelt haben, werden nun knapp drei Wochen lang unter Realbedingungen getestet. ROBEX hat das Ziel, neue Technologien für die Erkundung schwer erreichbarer Gebiete mit extremen Umweltbedingungen zu entwickeln.

„Auftauchen wird der TRAMPER“, sagt Dr. Frank Wenzhöfer vom Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) selbstbewusst. Der...

Im Focus: Mit Barcodes der Zellentwicklung auf der Spur

Darüber, wie sich Blutzellen entwickeln, existieren verschiedene Auffassungen – sie basieren jedoch fast ausschließlich auf Experimenten, die lediglich Momentaufnahmen widerspiegeln. Wissenschaftler des Deutschen Krebsforschungszentrums stellen nun im Fachjournal Nature eine neue Technik vor, mit der sich das Geschehen dynamisch erfassen lässt: Mithilfe eines „Zufallsgenerators“ versehen sie Blutstammzellen mit genetischen Barcodes und können so verfolgen, welche Zelltypen aus der Stammzelle hervorgehen. Diese Technik erlaubt künftig völlig neue Einblicke in die Entwicklung unterschiedlicher Gewebe sowie in die Krebsentstehung.

Wie entsteht die Vielzahl verschiedener Zelltypen im Blut? Diese Frage beschäftigt Wissenschaftler schon lange. Nach der klassischen Vorstellung fächern sich...

Im Focus: Fizzy soda water could be key to clean manufacture of flat wonder material: Graphene

Whether you call it effervescent, fizzy, or sparkling, carbonated water is making a comeback as a beverage. Aside from quenching thirst, researchers at the University of Illinois at Urbana-Champaign have discovered a new use for these "bubbly" concoctions that will have major impact on the manufacturer of the world's thinnest, flattest, and one most useful materials -- graphene.

As graphene's popularity grows as an advanced "wonder" material, the speed and quality at which it can be manufactured will be paramount. With that in mind,...

Im Focus: Forscher entwickeln maisförmigen Arzneimittel-Transporter zum Inhalieren

Er sieht aus wie ein Maiskolben, ist winzig wie ein Bakterium und kann einen Wirkstoff direkt in die Lungenzellen liefern: Das zylinderförmige Vehikel für Arzneistoffe, das Pharmazeuten der Universität des Saarlandes entwickelt haben, kann inhaliert werden. Professor Marc Schneider und sein Team machen sich dabei die körpereigene Abwehr zunutze: Makrophagen, die Fresszellen des Immunsystems, fressen den gesundheitlich unbedenklichen „Nano-Mais“ und setzen dabei den in ihm enthaltenen Wirkstoff frei. Bei ihrer Forschung arbeiteten die Pharmazeuten mit Forschern der Medizinischen Fakultät der Saar-Uni, des Leibniz-Instituts für Neue Materialien und der Universität Marburg zusammen Ihre Forschungsergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler in der Fachzeitschrift Advanced Healthcare Materials. DOI: 10.1002/adhm.201700478

Ein Medikament wirkt nur, wenn es dort ankommt, wo es wirken soll. Wird ein Mittel inhaliert, muss der Wirkstoff in der Lunge zuerst die Hindernisse...

Im Focus: Exotische Quantenzustände: Physiker erzeugen erstmals optische „Töpfe" für ein Super-Photon

Physikern der Universität Bonn ist es gelungen, optische Mulden und komplexere Muster zu erzeugen, in die das Licht eines Bose-Einstein-Kondensates fließt. Die Herstellung solch sehr verlustarmer Strukturen für Licht ist eine Voraussetzung für komplexe Schaltkreise für Licht, beispielsweise für die Quanteninformationsverarbeitung einer neuen Computergeneration. Die Wissenschaftler stellen nun ihre Ergebnisse im Fachjournal „Nature Photonics“ vor.

Lichtteilchen (Photonen) kommen als winzige, unteilbare Portionen vor. Viele Tausend dieser Licht-Portionen lassen sich zu einem einzigen Super-Photon...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

European Conference on Eye Movements: Internationale Tagung an der Bergischen Universität Wuppertal

18.08.2017 | Veranstaltungen

Einblicke ins menschliche Denken

17.08.2017 | Veranstaltungen

Eröffnung der INC.worX-Erlebniswelt während der Technologie- und Innovationsmanagement-Tagung 2017

16.08.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Eine Karte der Zellkraftwerke

18.08.2017 | Biowissenschaften Chemie

Chronische Infektionen aushebeln: Ein neuer Wirkstoff auf dem Weg in die Entwicklung

18.08.2017 | Biowissenschaften Chemie

Computer mit Köpfchen

18.08.2017 | Informationstechnologie