Was neue CF-Strukturen anders macht

Wo immer Strukturteile mit hoher Festigkeit Stahl oder Aluminium ersetzen sollen, ist bislang Geduld gefragt. Denn bei der Herstellung von Faserstrukturen in Form von Geweben, Gelegen oder Gewirken sowie dem Umschließen der Fasern mit flüssigen Harzen erschweren der geringe Automatisierungsgrad und lange Aushärtezeiten die Verkürzung der Zykluszeiten. Statt mehrerer Stunden verlangt vor allem der auf Großserienfertigung ausgerichtete Automobilbau pro Bauteil Zykluszeiten von einer bis maximal zwei Minuten. Da kommen Technologien, bei denen die Fasern in eine thermoplastische Matrix eingebettet werden, wie gerufen. Denn mit Thermoplasten kann der Zeitbedarf für die Herstellung eines hochfesten Strukturteiles auf das geforderte Niveau sinken, denn anders als Duroplaste werden Thermoplaste durch Erhitzung formbar und erstarren nach einer kurzen Abkühlphase, Auch in mehrstufigen Prozessen sind komplexe Bauteilgeometrien erzielbar.

Dazu Dr. Hubert Borgmann, Projektleiter bei der Messe Bremen, der zusammen mit Professor Dr. Axel S. Herrmann vom Faserinstitut Bremen die ITHEC 2012 realisiert: „Dass die Produktions- und Weiterverarbeitungstechnologien zurzeit einen beispiellosen Boom durchlaufen, liegt daran, dass thermoplastische Teile in nahezu jeder Prozessstufe problemlos mit weiteren Teilen verschweißt, verklebt oder auf Spritzgießmaschinen stoffschlüssig erweitert werden können.“ In ersten Ansätzen sei schon zu erkennen, dass künftig die Konsolidierung des Matrixwerkstoffs mit den Fasern teilweise in den Weiterverarbeitungsprozess verlagert werden kann. Die Matrixpolymere werden dabei zunächst „lose“ in vorgefertigte Prepregs eingebettet und erst unmittelbar vor dem Tiefziehen aufgeheizt und dadurch verflüssigt. Ein energieintensiver Prozessschritt kann also entfallen.

Die wachsende Werkstoff- und Prozessvielfalt macht es Produktentwicklern und Produktionsexperten gleichermaßen schwer, vor lauter Bäumen den Wald nicht aus den Augen zu verlieren. Schließlich kann das Ziel, durch Leichtbau Gewicht zu sparen, nur erreicht werden, wenn die neuen Strukturen alle Anforderungen hinsichtlich Komfort und Sicherheit erfüllen und zugleich durch Funktionsintegration die Zahl der Fahrzeugteile reduziert werden kann. Dass viele der Vorteile auch in anderen Branchen Früchte tragen können, zeigt nicht zuletzt das Interesse der Luftfahrtbranche sowie des Windenergieanlagenbaus. Rotoren mit immer größeren Durchmessern bei zugleich zunehmenden Produktionszahlen lassen die WEA-Produzenten nach Alternativen zu duroplastischen Matrixsystemen Ausschau halten. Auch die dabei bereits erzielten Erfolge, aus denen der allgemeine Maschinenbau lernen kann, sind Gegenstand der ihrem Konzept nach einmaligen Kongressmesse ITHEC, bei der Wissenschaft und Wirtschaft eng zusammenrücken, um die schnelle Nutzung der neuen Technologie voranzubringen.