Leichtbau: karbonfaserverstärkte Kunststoffe (CFK)
Daimler
Karbonfaserverstärkte Kunststoffe (CFK) sind leicht und stabil. Daher werden sie immer mehr Bereichen eingesetzt: bei Rotorblättern von Windkraftanlagen, im Flugzeugbau und im Automobil. Bisher finden Verbundwerkstoffe überwiegend in Kleinserien oder Einzelanfertigungen Verwendung. Die Serienproduktion ist bislang eine besondere Herausforderung.
Bis 2020 soll das weltweite Produktionsvolumen von hochfesten CFK-Bauteilen um 17 Prozent jährlich wachsen. Das geht aus der Studie "Serienproduktion von hochfesten Faserverbundbauteilen - Perspektiven für den deutschen Maschinen- und Anlagenbau" von Roland Berger Strategy Consultants und dem VDMA Forum Composite Technology hervor. Die Nachfrage nach hochfesten Faserverbundbauteilen soll branchenübergreifend bis 2020 zunehmen und damit zu einem soliden Marktwachstum führen. Es werde erwartet, dass bis zu diesem Zeitpunkt die Kosten der Faserverbundbauteile um etwa 30 Prozent sinken werden. Weitere Kostensenkungen nach 2020 könnten insbesondere durch die Hybridisierung von Composite-Bauteilen zu einer deutlichen Ausweitung des Marktes führen. Diese Hybride ließen sich voraussichtlich mit ähnlichen Prozessen fertigen wie reine Composites.
Jedoch benötigten Unternehmen effizientere Prozesse, um wettbewerbsfähige Serienprodukte herzustellen zu können. Der Fokus liege dabei hauptsächlich auf zwei Herstellungsverfahren: dem Resin Transfer Molding (RTM)- und dem Formpress-Verfahren. Um Produktionskosten zu senken, seien Kooperationen zwischen Maschinenbaufirmen und der Anwenderindustrie erforderlich. Dadurch und durch technologische Weiterentwicklungen würden die Verfahrens- und Prozesskosten bis 2020 um 40 Prozent sinken, die Faserkosten voraussichtlich um circa 20 Prozent. Damit sei eine Senkung der gesamten Bauteilkosten um etwa 30 Prozent zu erwarten.
Produktion von CFK-Karosserieteilen: Anforderungen an die Pressentechnik
Auch für Umformtechnikspezialist Schuler hängt der Erfolg des CFK-Einsatzes in der Großserie von weiteren Kostenoptimierungen in der Anlagen- und Fertigungstechnik ab. Ebenso entscheidend seien die Kostenentwicklung der Karbonfasern und auch die Akzeptanz der Elektromobilität. Um im Automobilbau für den Großserien-Einsatz von CFK industrialisierte Prozesse abbilden zu können, ist für Schuler der Einsatz von Presstechnologien unerlässlich. Zielsetzung sei eine minimierte Zykluszeit. Im Wesentlichen handelt es sich bei den für CFK angewendeten Presstechnologien um das vakuumunterstützte Hochdruck-RTM-Verfahren und das Nasspress-Verfahren.
Automatisierte Fertigung von Preforms für CFK-Halbzeuge
Der Schlüssel zur automatisierten Fertigung von hochbelasteten faserverstärkten Kunststoffen im RTM-Prozess liegt für das wbk Institut für Produktionstechnik des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) im reproduzierbaren Preforming von textilen Halbzeugen. Zur systematischen Planung der Preformingtechnologien und somit zur Realisierung von industriell umsetzbaren Abläufen sei die Anwendung von Technologieplanungsansätzen erforderlich.
Serienfertigung von Karbon-Karosserieteilen
Mit einem neuen Verfahren will auch Gurit aufzeigen, dass der Leichtbau in der echten Serienfertigung im Automobilbau Einzug halten kann und nicht nur in der Kleinserie Anwendung findet. Mit der Entwicklung von CBS 96 gilt das Unternehmen als Pionier in der Herstellung von Klasse-A-Karosserieteilen aus Kohlefaser-Verbundwerkstoff. Mit CBS 200 soll jetzt der Weg zur Massenfertigung von Karbonkarosserien in Stückzahlen bis zu 30.000 pro Presswerkzeug und Jahr geebnet werden.
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