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Artikel und Hintergründe zum Thema

Leichtbaupotenziale wirtschaftlicher erschließen

Carbon- oder Glasfasern schneller verarbeiten

Ein vereinfachtes und kostengünstiges Verfahren zur Verarbeitung von Carbon- oder Glasfasern soll Verschnitt und den Aufwand für manuelle Arbeiten bei Herstellung von Faserverbundbauteilen und damit die Kosten deutlich senken.

Die fasergerechte Ablage ermöglicht eine interessante Oberflächenoptik. Ein Beispiel dafür ist die Carbon-Tischplatte Nogi, die Compositence herstellt. (Quelle aller Bilder: Compositence)

Basis des Projekts ist eine Robomag-Anlage des Leonberger Maschinenbauers Compositence. Sie soll die Effizienz beim Herstellen von Carbon- oder Glasfaserbauteilen – auch bei Einsatz thermoplastischer Tapes – erhöhen sowie Gewicht und Kosten senken. Typischerweise sind in der Produktion von Leichtbauteilen aus Faserverbundwerkstoffen viel Handarbeit und mehrere Prozessschritte notwendig. Die neu entwickelte Anlage beschleunige nicht nur der Herstellungsprozess, der teure und energieintensive Rohstoff Kohlenstofffaser werde sparsamer eingesetzt.

Die Entwicklung des Fertigungsverfahrens zielt auf eine der zentralen Herausforderungen der Faserverbundwerkstoffe – die wirtschaftliche Herstellung von Hochleistungsbauteilen in hohen Stückzahlen. Typische Anwendungen sind lasttragende flächige Bauteile aus Carbon- oder Glasfasern, etwa bei Autos, Windkraftanlagen, in der Luftfahrt, dem Maschinenbau oder in der Sport- und Freizeitindustrie.

Bei dem Fertigungsverfahren wird direkt aus den Carbonfasern (Rovings) das Bauteil geformt, der Schritt der Halbzeugherstellung entfällt. Neben der Reduzierung der Fertigungsschritte wird der Prozess automatisiert und nach Unternehmensangaben nahezu verschnittfrei gefertigt.

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Die Robomag-Anlage legt die Fasern direkt dreidimensional, Lastpfad-optimiert und verschnittarm auf eine Form.

Die Bauteile können auch leichter werde, weil die Faserarchitektur für die Bauteilanforderung optimal aufgebaut wird. Im Compositence-Verfahren werden die Carbonfasern direkt dreidimensional, Lastpfad-optimiert und verschnittarm auf eine Form abgelegt. Ein Roboter trägt sie in der benötigten Orientierung auf. Aufwendige Handarbeit sei nicht mehr notwendig.

Software und Simulation spielen beim Compositence-Verfahren eine wichtige Rolle. Aus der Software Layupplanner wird das Maschinenprogramm für die Ablage der Fasern in der Produktion generiert. Die virtuelle Auslegung sei mit dem tatsächlichen Maschinenprogramm direkt verknüpft. Bevor das Programm anläuft, wird es in einer Simulationsumgebung geprüft und optimiert.

Aktuelle erreiche das Verfahren Taktzeiten von etwa fünf Minuten, an der weiteren Verkürzung werden in Zusammenarbeit mit Automobil-OEMs gearbeitet. Der größte finanzielle Vorteil bei dem Compositence-System ist, dass direkt aus dem Rohmaterial gearbeitet wird und Zwischenschritte entfallen. Für flächige Bauteile ist, so die Leichtbauagentur BW, die Fertigung von Preforms typischerweise der Stückzahl von einigen Hundert wirtschaftlich im Vergleich zu einer manuellen Fertigung.

Das Compositence-Verfahren verarbeitet die Carbonfasern in ihrer günstigsten Form direkt von der Spule. Viele Fasern werden gleichzeitig automatisiert und dreidimensional zu einem Bauteil abgelegt. Dieser fasergerechte Ablageprozess ermöglicht neben den Gestaltungsmöglichkeiten auch eine interessante Oberflächenoptik. Ein Beispiel dafür ist die Carbontischplatte Nogi, die Compositence in Kooperation mit Prozessdesigner Oskar Zieta herstellt.

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