Composites Europe: Energie sparen mit Leichtbau

Beim Bau von Flugzeugen werden Faserverbundwerkstoffe schon lange genutzt, denn mit ihnen lässt sich das Gewicht reduzieren – und jedes Kilo weniger spart im Laufe eines Flugzeuglebens mehrere Tonnen Treibstoff. In Zeiten steigender Spritpreise interessieren sich auch die Automobilbauer zunehmend für faserverstärkte Kunststoffe. Allerdings stellen sie hohe Anforderungen an Sicherheit, Stabilität, Belastbarkeit und Kosten, die für die Zulieferer nicht leicht zu erfüllen sind.

Die Forscher der Fraunhofer-Gesellschaft entwickeln hier neue technologische Lösungen: „Für die künftige Massenproduktion sind kostengünstige Verbundwerkstoffe, eine schnelle Produktion sowie maßgeschneiderte Werkstoffrezepturen nötig, die die individuellen Anforderungen der Bauteile erfüllen“, sagt Oliver Geiger, Teamleiter Faserverbundwerkstoffe am Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie ICT in Pfinztal und Mitarbeiter des neuen Karlsruher Innovationsclusters „Technologien für den hybriden Leichtbau“, kurz „KITe hyLITE“.

Auf der Composites Europe präsentiert das Team auf dem Fraunhofer-Gemeinschaftsstand an einem Pkw-Vorderwagenmodell verschiedene Prototypen aus Faserverbundwerkstoffen – beispielsweise den Frontendmontageträger, der aus langfaserverstärktem Thermoplast hergestellt wurde und der Scheinwerfer und Lüftungsrad trägt. Die Prototypenentwicklung ist dabei nur eine Aufgabe des neuen Innovationsclusters, zu dem drei Fraunhofer-Institute gehören sowie die Universität Karlsruhe, Fahrzeughersteller und mittelständische Unternehmen.

Da werden Werkstoffe analysiert und begutachtet, Methoden zur Berechnung des Bauteilverhaltens entwickelt, Herstellungsverfahren optimiert und die Produktionsschritte automatisiert: Am Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM prüft und modelliert man, wie die Bauteile Lasten tragen; die Experten vom Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit LBF analysieren, wie sich das Material unter „wechseldynamischer Belastung“ verhält – unter wechselnden Kräften während des Betriebes. Solche Berechungen kommen dann den Bauteilentwicklern zu Gute. Ein Beispiel: Die Leichtbau-Autofelge aus kohlenstofffaserverstärktem Verbundkunststoff, die auf dem Gemeinschaftsstand zu sehen ist, wurde mit Endlosfaserstrukturen verstärkt und hält den Belastungen im Betrieb stand.

Da bei der Herstellung von Faserverbundbauteilen noch immer ein großer Teil der Arbeit per Hand erledigt wird, entwickelt das Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie ICT in Pfinztal derzeit gemeinsam mit der Universität Karlsruhe automatische Produktionsverfahren: Die Hochschule liefert Greifer und simuliert die Roboterbewegungen, die notwendig sind, um Endlosfasern und Metallverstärkungen automatisch in die Bauteilformen zu legen und auszurichten. „Die neuen Technologien, die die Mitglieder des Innovationsclusters entsprechend den Wünschen der Automobilhersteller – zum Cluster gehören auch Daimler, Porsche und Audi – entwickeln, kommen den Anwendern draußen in den Zulieferfirmen direkt zu Gute und stärken die Wettbewerbsfähigkeit des Standorts Deutschland“, betont Geiger.

„Zwar ist KITe hyLITE ein regionales und auf Baden-Württemberg begrenztes Projekt, doch eine solche Bündelung von Leichtbau-Expertise gibt es in Deutschland kein zweites Mal. Das beweist auch der Messestand.“ Mit in Stuttgart dabei sind auch vier weitere Fraunhofer-Institute mit neuen Leichtbauwerkstoff-Entwicklungen – darunter Leichtmetallschäumen, Carbon Nano Tubes Compositen und naturfaserverstärkten Faserverbünden.