Neue Reparaturmethoden für CFK

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Immer mehr Karosserieteile werden aus CFK hergestellt. Dadurch stellt sich auch die Herausforderung, wirtschaftliche Reparaturmethoden bereitzustellen. Das Projekt "CFK-Reparatur 4.0" will nun neue Techniken zur Schadenserkennung und -beseitigung erarbeiten.

Der Wettbewerb der Werkstoffe im Automobilbau führt zu immer neuen Anwendungen für Leichtmetalle und faserverstärkte Kunststoffe. So berichten Lutz Eckstein, Kristian Seidel, Leif Ickert und Robert Bastian im Kapitel "CFK-Motorhaube in Integralbauweise" (Seite 197) aus dem Buch "Leichtbau-Technologien im Automobilbau“ von zahlreichen Bauteilen aus CFK. Auch eine integrale Motorhaube zählt zu den Beispielen. Durch die werkstoff- und fertigungsgerechte Konstruktion konnte mit ihr gegenüber der Stahl-Referenz eine Gewichtsreduktion von circa 60 Prozent erzielt werden.

Geringe Schadenstoleranz

Diese Gewichtsreduzierung muss jedoch mit einem deutlichen Mehraufwand bei etwaigen Reparaturen bezahlt werden. Schon 2013 warnten Ulrich Huber und Markus Steffens in ihrem Artikel "CFK - Chancen und Herausforderungen für den Leichtbau“ (Seite 18) aus der Lightweightdesign 4-2013: "Gleichzeitig jedoch erfordert die eingeschränkte Schadenstoleranz von CFK besondere Maßnahmen, um im Fall einer Überbeanspruchung ein katastrophales Versagen zu vermeiden." Da die optische Detektion eines Schadens vielfach nicht gegeben sei, stelle dies auch die Werkstätten vor neue Herausforderungen.

Um mit diesen Herausforderungen umgehen zu lernen, hat die RWTH Aachen nun ein gemeinschaftliches Großprojekt namens "CFK-Reparatur 4.0" von sieben Forschungsinstituten und rund 50 Industrieunternehmen angekündigt. Ziel ist es, eine Infrastruktur zur Reparatur von CFK-basierten Serienfahrzeugen zu entwickeln. Hintergrund für diese Forschungsinitiative ist, dass neue Fahrzeugkonzepte zunehmend auf faserverstärkten Kunststoffen (FVK), insbesondere kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen (CFK) aufbauen, da diese Werkstoffe bei geringem Gewicht dennoch sehr hohe Steifigkeiten und Festigkeiten bieten.

Austausch statt Reparatur

Bei der Reparatur von FVK-Bauteilen in Kleinstserien sind derzeit jedoch noch der Austausch kompletter Komponenten oder die auf Expertenwissen basierende lokale Bearbeitung des Schadens üblich. Diese Maßnahmen sind im Vergleich zu Reparaturverfahren für metallische Strukturen allerdings teuer und ressourcenintensiv.

Die an diesem Projekt beteiligten Institute sind das Institut für Kunststoffverarbeitung (IKV), der Lehrstuhl für Fertigungsmesstechnik und Qualitätsmanagement am Werkzeugmaschinenlabor (WZL), die Institute für Kraftfahrzeuge (ika), für Schweißtechnik und Fügetechnik (ISF), für Bildsame Formgebung (IBF), für Mensch-Maschine-Interaktion (MMI) und das Forschungsinstitut für Rationalisierung (FIR) an der RWTH Aachen. Die beteiligten Industrieunternehmen engagieren sich in einem projektbegleitenden Ausschuss. Das Projekt wird über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen "Otto von Guericke" (AiF) im Rahmen des Förderwettbewerbs "Leittechnologien für KMU" über einen Zeitraum von zunächst drei Jahren finanziell gefördert.

Das gemeinsame Ziel dabei lautet, für die Reparatur spezielle Reparaturwerkstoffe in Form von fahrzeug- und schadensangepassten Patches mittels eines Systems zur individualisierten Massenproduktion zu fertigen. Die Patches sollen anschließend an die Werkstatt versandt werden. Der Werkstattbetrieb führt damit die Reparatur unter Anwendung neu zu entwickelnder Reparatur- und Qualitätssicherungsverfahren durch. Geeignete Assistenzsysteme sollen den Werker in Zukunft bei sämtlichen Aufgaben unterstützen.