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 Klarheit für die Industrie: Forscher ermitteln Standzeiten von Schieberwerkzeugen
12.06.2018 | IPH - Institut für Integrierte Produktion Hannover gGmbH

nachricht Tauchen ohne Motor
05.06.2018 | Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETH Zürich)

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Maschinenbau >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Leichter abheben: Fraunhofer LBF entwickelt Flugzeugrad aus Faser-Kunststoff-Verbund

Noch mehr Reichweite oder noch mehr Nutzlast - das wünschen sich Fluggesellschaften für ihre Flugzeuge. Wegen ihrer hohen spezifischen Steifigkeiten und Festigkeiten kommen daher zunehmend leichte Faser-Kunststoff-Verbunde zum Einsatz. Bei Rümpfen oder Tragflächen sind permanent Innovationen in diese Richtung zu beobachten. Um dieses Innovationsfeld auch für Flugzeugräder zu erschließen, hat das Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF jetzt ein neues EU-Forschungsvorhaben gestartet. Ziel ist die Entwicklung eines ersten CFK-Bugrads für einen Airbus A320. Dabei wollen die Forscher ein Leichtbaupotential von bis zu 40 Prozent aufzeigen.

Faser-Kunststoff-Verbunde sind in der Luftfahrt bei zahlreichen Bauteilen bereits das Material der Wahl. So liegt beim Airbus A380 der Anteil an...

Im Focus: IT-Sicherheit beim autonomen Fahren

FH St. Pölten entwickelt neue Methode für sicheren Informationsaustausch zwischen Fahrzeugen mittels Funkdaten

Neue technische Errungenschaften wie das Internet der Dinge oder die direkte drahtlose Kommunikation zwischen Objekten erhöhen den Bedarf an effizienter...

Im Focus: Innovative Handprothesensteuerung besteht Alltagstest

Selbstlernende Steuerung für Handprothesen entwickelt. Neues Verfahren lässt Patienten natürlichere Bewegungen gleichzeitig in zwei Achsen durchführen. Forscher der Universitätsmedizin Göttingen (UMG) veröffentlichen Studie im Wissenschaftsmagazin „Science Robotics“ vom 20. Juni 2018.

Motorisierte Handprothesen sind mittlerweile Stand der Technik bei der Versorgung von Amputationen an der oberen Extremität. Bislang erlauben sie allerdings...

Im Focus: Temperaturgesteuerte Faser-Lichtquelle mit flüssigem Kern

Die moderne medizinische Bildgebung und neue spektroskopische Verfahren benötigen faserbasierte Lichtquellen, die breitbandiges Laserlicht im nahen und mittleren Infrarotbereich erzeugen. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Leibniz-Instituts für Photonische Technologien Jena (Leibniz-IPHT) zeigen in einer aktuellen Veröffentlichung im renommierten Fachblatt Optica, dass sie die optischen Eigenschaften flüssigkeitsgefüllter Fasern und damit die Bandbreite des Laserlichts gezielt über die Umgebungstemperatur steuern können.

Das Besondere an den untersuchten Fasern ist ihr Kern. Er ist mit Kohlenstoffdisulfid gefüllt - einer flüssigen chemischen Verbindung mit hoher optischer...

Im Focus: Temperature-controlled fiber-optic light source with liquid core

In a recent publication in the renowned journal Optica, scientists of Leibniz-Institute of Photonic Technology (Leibniz IPHT) in Jena showed that they can accurately control the optical properties of liquid-core fiber lasers and therefore their spectral band width by temperature and pressure tuning.

Already last year, the researchers provided experimental proof of a new dynamic of hybrid solitons– temporally and spectrally stationary light waves resulting...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Leben im Plastikzeitalter: Wie ist ein nachhaltiger Umgang mit Plastik möglich?

21.06.2018 | Veranstaltungen

Kongress BIO-raffiniert X – Neue Wege in der Nutzung biogener Rohstoffe?

21.06.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen im August 2018

20.06.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Leichter abheben: Fraunhofer LBF entwickelt Flugzeugrad aus Faser-Kunststoff-Verbund

22.06.2018 | Materialwissenschaften

Lernen und gleichzeitig Gutes tun? Baufritz macht‘s möglich!

22.06.2018 | Unternehmensmeldung

GFOS und skip Institut entwickeln gemeinsam Prototyp für Augmented Reality App für die Produktion

22.06.2018 | Unternehmensmeldung

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics