Großflächige Composites im Nutzfahrzeugbau

Leichter fahren mit LFI und First-Class-Oberflächen

Das vom russischen Leichtbau-Forschungsunternehmen NCC (Nanotechnology Centre of Composites) mit der ungarischen Evopro Group entwickelt modulare Buskonzept, gewann den JEC Innovation Award 2016. Basis ist das LFI-Verfahren (Long Fiber Injection), in dem besonders leichte Strukturen mit hochwertigen Oberflächen erstellt werden können.

Mit Composites leicht gemacht: Elektrobusse in der Budapester Innenstadt fahren mit dem neuen Leichtbau-Konzept. (Bild: Evopro)

Hohe Festigkeit, Maßhaltigkeit und Passgenauigkeit bei geringem Gewicht – das sind nach Angaben von Kraussmaffei Eigenschaften großflächiger Composites-Bauteile, die mit dem LFI-Verfahren (Long Fiber Injection) hergestellt werden. Erstklassige Oberflächen lassen sich zudem mit einer einfachen Verfahrenskombination erzielen – zum Beispiel mit dem Inmold-Primer. Darauf setzt auch das NCC in Moskau und nutzt die Kombination für die Herstellung eines Heckklappenmoduls in einer selbstragenden Composites-Struktur für einen Linienbus.

Schnelle Farbwechsel und große Farbvielfalt
Eine wichtige Komponente des Linienbusses ist die besonders großflächige, zweifarbige Heckklappe mit 2,2 Meter Breite und 1,4 Meter Höhe. Die Anforderungen des Kunden waren klar definiert. Gefordert wurden eine deutliche Gewichtsreduktion sowie eine Class-A-Oberflächen bei hoher Festigkeit und Steifigkeit des Bauteils. Zudem sollten schnelle Farbwechsel und damit eine große Farbvielfalt möglich sein. Und das alles in kurzen Zykluszeiten und günstigen Kosten.

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Eingesetzt wird eine Kombination aus LFI- (Long Fiber Injection) und Inmold-Primer-Verfahren. Die für die individuelle Lackierung vorbereiteten Oberflächen entstehen automatisch direkt im Werkzeug. Dadurch lassen sich die Zykluszeiten reduzieren, hochwertige Oberflächen von hochglänzend bis matt erzeugen und viel Farben produzieren. Dank Einsatz selbstlösender Primer kann zudem auf externe Formtrennmittel verzichtet werden. Im Daimler-Steinschlagversuch schneiden mit dem Verfahren gefertigte Bauteile nach Unternehmensangaben bis zu 600 Prozent besser ab als nachträglich mit einem Primer lackierte glasfaserverstärkte Bauteile (GFRP).

Verfahrensaufbau von LFI und Inmold-Coating. (Bild: Kraussmaffei)

Seit 2015 produziert die LFI-Anlage von Kraussmaffei mit Shuttle-Formenträger, Barrier-Coat-Sprühmaschine, Mischkopf, 2K-Farbsprühmaschine und LFI-Prototypenwerkzeug. Erster Verfahrensschritt ist das Aufsprühen des Primers, im zweiten Schritt folgt das Aufsprühen der Polyurethan-Barriereschicht. Der Sprühmischkopf Rimstar Compact sorge für konstante Temperaturführung und unterstütze so das Erzeugen einer hochwertigen Oberfläche. Im dritten Schritt kommt die LFI-Technologie zum Einsatz. Ein Roboter bringt die Glasfaserstränge vom Roving und die Polyurethan-Komponenten in einem Arbeitsschritt ins offene Werkzeug ein. Dabei verbinden sich die Glasfasern mit der Trägermatrix zu einem hochfesten Verbund. Mattenzuschnitt und die Preformfertigung und damit zusätzlichen Kosten entfallen. Auch im Vergleich zum SMC-Verfahren (Sheet Mold Compounding) und dem DCPD-Prozess (Dicyclopentadien), die beim Kunden ebenfalls zur Diskussion standen, biete das LFI-Verfahren deutliche Kosteneinsparungen. Beim Bauteilgewicht punkte das LFI-Verfahren im Vergleich zum SMC mit einer bis 55 Prozent niedrigen Dichte. Als weitere Vorteile des LFI-Verfahrens werden hohe Faservolumengehalte bis 50 Prozent, die eine hohe Festigkeit garantieren, sowie die hohe Flexibilität bei Auswahl der Faserlängen genannt. Das ermögliche eine große Bandbreite bei der Bauteilgestaltung, zum Beispiel von Rippen oder der Integartion weiterer Funktionen.

Im letzten Schritt folgen das Formpressen und die Reaktion im geschlossenen Werkzeug. Anschließend werden die fertigen Bauteile herausgenommen und stehen nun sofort für die Klarlackbeschichtung oder finale individuelle Lackierung bereit. Eine Zwischen- oder weitere Vorbehandlung sei nicht mehr notwendig.

Die von Kraussmaffei entwickelte Systemlösung bei NCC ist zudem für weitere Verfahren des Inmold-Coatings ausgelegt. So zum Beispiel für das Inmold-Painting, bei dem der finale Lack bereits im ersten Schritt ins offene Werkzeug eingetragen wird. Das Sprühsystem kann aus ein oder zwei Komponenten bestehen. Diese Verfahrensvielfalt biete dem Kunden hohe Flexibilität in der Farb- und Oberflächenauswahl – und das zu einfachen, kostengünstigeren Prozessen.

Preisgekröntes Buskonzept
Das 2011 gegründete Nanotechnology Centre of Composites (NCC) hat sich auf die Entwicklung seriennaher Prototypen aus faserverstärkten Kunststoffen und anderen Leichtbaumaterialien spezialisiert. Die Partner aus der Industrie kommen vor allem aus der Automobilindustrie, dem Transport- und Bauwesen sowie der Freizeit- und Unterhaltungsindustrie. Jüngstes Projekt ist die Entwicklung einer modularen, selbsttragenden Buskarosserie aus Verbundwerkstoffen, die im Auftrag der ungarischen Evopro Group realisiert wurde. Neben geringem Gewicht und der Korrosionsfestigkeit besteht ein weiterer Vorteil darin, dass die Karosserieblöcke zur Schaffung modulierbarer Fahrzeuge individuell zusammengestellt werden können. Daher ist die Produktion in großen Serien für unterschiedliche Verwendungszwecke möglich. Dieser Ansatz hat nicht nur die Jury des diesjährigen JEC Innovation Awards, sondern auch die Budapester Verkehrsbetriebe überzeugt hat. Seit März 2016 fahren Elektrobusse auf den Straßen der ungarischen Hauptstadt mit diesem Konzept.

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