Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Empa-Technolgie-Briefing: Ohne Leichtbau fährt sich‘s schwerer

23.01.2012
Autos aus Stahl leiden unter Gewichtsproblemen, Segelyachten aus Stahl fehlt jede Chance auf einen Sieg. Faserverbundwerkstoffe sind eine Alternative – und verbreiten sich schon heute rasant in der Transporttechnik. Das «Technology Briefing» der Empa bot einen Rundblick durch die Szene und einen Ausblick auf kommende Entwicklungen.

Wer sich für Innovationen im Automobilbau interessiert, der hätte denken können, dass BMW und VW bei Kohlenstofffaserstrukturen die Nase deutlich vorne haben. Beide Firmen erwarben vergangenes Jahr Anteile am Zulieferer SGL Carbon.

Doch die Konkurrenz schläft nicht; Wettbewerber wie die Daimler AG sind ihnen hart auf den Fersen: Die Stuttgarter Autobauer sind ein Joint-Venture mit dem Kohlenstofffaserfabrikanten Toray Industries eingegangen. Der Siegeszug der Faserverbundstoffe wird weiter gehen, ist Jan Krüger von Daimler Research and Advanced Engineering überzeugt.

Die Vorteile liegen auf der Hand: Geringeres Gewicht, gute Crash-Eigenschaften, Vorteile bei der Geräusch- und Vibrationsdämmung. Mit dem Supersportwagen Mercedes SLR McLaren hat Daimler Erfahrungen im Leichtbau mit Kohlenstofffasern gesammelt. 2500 Exemplare des Edelrenners liefen vom Band. Inzwischen ist die Technologie in der Grossserienfertigung angelangt.

Der Heckdeckel des Sportcoupés SL 63 AMG wird ab Sommer 2012 in Kohlenstofffaserbauweise hergestellt. Schon jetzt laufen pro Jahr 140 Tausend Vorderachsblattfedern für den Mercedes Sprinter aus Verbundwerkstoffen vom Band. Und jede zweite Sitzheizung, die in Stuttgart eingebaut wird, hat Heizelemente aus Kohlenstofffasern.

Crashsimulation

Peter Fritzsche von der Fachhochschule Nordwestschweiz (FHNW) berichtete über die Simulation von Bruch- und Crashversuchen an Verbundwerkstoffen. Obwohl das komplexe und nichtlineare Verhalten dieser Werkstoffe oft für Überraschungen sorgt, hat die Computersimulation der Eigenschaften bereits grosse Fortschritte gebracht. Je genauer die plastische Verformung in Modelle gefasst werden kann, desto präziser lassen sich Bauteile aus Faserverbundstoffen für den jeweiligen Einsatzzweck entwerfen.

Produktion von Grossserien unter Kostendruck

Aus Sicht eines Grossfabrikanten mit tausenden Angestellten in aller Welt berichtete Wenzel Krause von der Firma Autoneum. Die frühere Automotive-Sparte des Rieter-Konzerns und beliefert Fahrzeughersteller in Nord- und Südamerika, Europa und Asien mit Verbundfaserbauteilen, die in Motorraum, Unterboden, Innenraum und Gepäckraum der Fahrzeuge eingesetzt werden. 100 TausendTonnen Material pro Jahr wird dabei verarbeitet und ausgeliefert. Besonders für den Unterbodenschutz sind hohe Steifigkeit und Schlagzähigkeit gefordert – und das zu einem möglichst günstigen Preis. Autoneum nutzt verschiedene Produktionsmethoden, um Bauteile mit genau passenden Eigenschaften zu fertigen. Mit Glasfasern in verschiedenen Längen werden die Bauteile gezielt verstärkt. Ein möglichst hoher Grad an Automatisierung ist dabei für die Massenproduktion unerlässlich.

Die nächste Alinghi

Bei besonders hochpreisigen Spezialitäten sind Verbundwerkstoffe aus Kohlenstofffasern schon länger im Einsatz. Etwa in der Königsklasse des Yachtbaus, dem America’s Cup. Hierfür entwirft Andreas Winistörfer mit seiner Firma CarboLink GmbH, ein Spin-Off-Unternehmen der Empa, hochfeste Zuganker und Seile. Geld spielt dabei eine untergeordnete Rolle – doch ein etwaiges Versagen des Bauteils wird in alle Welt übertragen und von einem Millionenpublikum verfolgt. Seit zehn Jahren ist Winistörfer in diesem anspruchsvollen Feld unterwegs. Neben Yachten versorgt CarboLink auch den Kranhersteller Liebherr mit Abspannungen aus Kohlenstofffasern. Der Industriepartner profitiert von 50 bis 70 Prozent Gewichtsersparnis und dank besseren Ermüdungseigenschaften von einer etwa 15-mal längeren Lebensdauer der Karbonbauteile im Vergleich zu Bauteilen aus Stahl.

Fasern mit flüssigem Inhalt

Um verbesserte, massgeschneiderte Eigenschaften geht es auch beim Empa-Projekt «Rheocore». Dabei sollen Fasern gesponnen werden, in deren Inneren sich ein verzweigter Flüssigkeitskanal befindet. Das Ziel: Fasern, die sich bei langsamer Bewegung flexibel zeigen, die jedoch auf schnell einwirkende Kräfte mit Versteifung reagieren. So könnte eine neue Art von Schutzbekleidung entwickelt werden, die angenehmer zu tragen ist als alles derzeit bekannte. Doch die Herstellung solcher Flüssigkeitskammern im Faden ist alles andere als trivial, erläuterte Rudolf Hufenus von der Abteilung «Advanced Fibers». Inzwischen hat das Projektteam die mathematischen Grundlagen errechnet und Modellversuche abgeschlossen. Nun geht es an die Herstellung eines ersten Prototyps einer Spinndüse.

für Rheocore-Projekt:
Dr. Rudolf Hufenus, Advanced Fibers, Tel. +41 58 765 73 41, rudolf.hufenus@empa.ch

Sabine Voser | EMPA
Weitere Informationen:
http://www.empa.ch

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Materialwissenschaften:

nachricht Innovatives Hochleistungsmaterial: Biofasern aus Florfliegenseide
20.01.2017 | Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP

nachricht Metamaterial: Kettenhemd inspiriert Physiker
19.01.2017 | Karlsruher Institut für Technologie

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Erstmalig quantenoptischer Sensor im Weltraum getestet – mit einem Lasersystem aus Berlin

An Bord einer Höhenforschungsrakete wurde erstmals im Weltraum eine Wolke ultrakalter Atome erzeugt. Damit gelang der MAIUS-Mission der Nachweis, dass quantenoptische Sensoren auch in rauen Umgebungen wie dem Weltraum eingesetzt werden können – eine Voraussetzung, um fundamentale Fragen der Wissenschaft beantworten zu können und ein Innovationstreiber für alltägliche Anwendungen.

Gemäß dem Einstein’schen Äquivalenzprinzip werden alle Körper, unabhängig von ihren sonstigen Eigenschaften, gleich stark durch die Gravitationskraft...

Im Focus: Quantum optical sensor for the first time tested in space – with a laser system from Berlin

For the first time ever, a cloud of ultra-cold atoms has been successfully created in space on board of a sounding rocket. The MAIUS mission demonstrates that quantum optical sensors can be operated even in harsh environments like space – a prerequi-site for finding answers to the most challenging questions of fundamental physics and an important innovation driver for everyday applications.

According to Albert Einstein's Equivalence Principle, all bodies are accelerated at the same rate by the Earth's gravity, regardless of their properties. This...

Im Focus: Mikrobe des Jahres 2017: Halobacterium salinarum - einzellige Urform des Sehens

Am 24. Januar 1917 stach Heinrich Klebahn mit einer Nadel in den verfärbten Belag eines gesalzenen Seefischs, übertrug ihn auf festen Nährboden – und entdeckte einige Wochen später rote Kolonien eines "Salzbakteriums". Heute heißt es Halobacterium salinarum und ist genau 100 Jahre später Mikrobe des Jahres 2017, gekürt von der Vereinigung für Allgemeine und Angewandte Mikrobiologie (VAAM). Halobacterium salinarum zählt zu den Archaeen, dem Reich von Mikroben, die zwar Bakterien ähneln, aber tatsächlich enger verwandt mit Pflanzen und Tieren sind.

Rot und salzig
Archaeen sind häufig an außergewöhnliche Lebensräume angepasst, beispielsweise heiße Quellen, extrem saure Gewässer oder – wie H. salinarum – an...

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....

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Hybride Eisschutzsysteme – Lösungen für eine sichere und nachhaltige Luftfahrt

23.01.2017 | 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

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Wie der Nordatlantik zum Wärmepirat wurde

23.01.2017 | Geowissenschaften

Immunabwehr ohne Kollateralschaden

23.01.2017 | Biowissenschaften Chemie

Erstmalig quantenoptischer Sensor im Weltraum getestet – mit einem Lasersystem aus Berlin

23.01.2017 | Physik Astronomie