IKV: Aktuelle Forschungshighlights aus dem Bereich der faserverstärkten Kunststoffe

Das Institut für Kunststoffverarbeitung (IKV) an der RWTH Aachen wird auf der Composites Europe 2010 erneut aktuelle Forschungshighlights aus dem Bereich der faserverstärkten Kunststoffe (FVK) präsentieren.

Ein Highlight der Messe ist die COMPOSITES Product Demonstration Area in Halle 10/11, die sich in den vergangenen Jahren als hervorragender Besuchermagnet erwiesen hat. Live-Vorführungen von Verarbeitungsprozessen, Vorstellungen neuer Technologien und eindrucksvolle Ausstellungsstücke demonstrieren das Potenzial und den Innovationscharakter von Verbundwerkstoffen. Die Industrievereinigung Verstärkte Kunststoffe (AVK) und das IKV unterstützen als exklusive Partner die Konzeption und Planung der Product Demonstration Area.

CFK-Fahrradrahmen in Prepeg-Bauweise (Foto: IKV)

Das IKV zeigt beispielsweise einen gewichts- und fertigungsoptimierten CFK-Fahrradrahmen in Prepreg-Bauweise. In Kooperation mit dem Fahrradhersteller Focus, einer Marke der Derby Cycle Werke, Cloppenburg, wurden in einem bilateralen Forschungsprojekt der Ist-Zustand der aktuellen Fertigung von CFK-Fahrradrahmen analysiert und darauf aufbauend Lösungen zur wesentlichen Verbesserung der Leichtbaueigenschaften und der Fertigungsgenauigkeit erarbeitet. An einem Rennrad-Rahmen konnte durch die vom IKV durchgeführte Fertigungsoptimierung eine Gewichtsreduktion von 19 Prozent auf 983 g und eine Reduktion der Prepreg-Zuschnitte von 34 Prozent erreicht werden. Gleichzeitig erhöhte sich die Lenkkopfsteifigkeit um 16 Prozent und die Tretlagersteifigkeit um 10 Prozent. Der so optimierte Rahmen demonstriert das Potenzial einer werkstoff- und verarbeitungsgerechten Bauteilauslegung. Auf der Product Demonstration Area wird das gesamte Focus-Rennrad zu sehen sein.

Motorhaube des Rennwagens in CFKIntegralbauweise, eine gemeinsame Entwicklung von ika und IKV (Bild: ika/IKV)

Leichtbaukonzepte für den Einsatz im Automobilbau sind Gegenstand der gemeinsamen Forschung des Instituts für Kraftfahrzeuge (ika), Aachen, und des IKV. Auf der Basis eines Audi A4 3.0 TDI wurden Hybrid-Türen aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) und Stahl entwickelt, gefertigt und bereits erfolgreich im Renneinsatz erprobt. Nach diesem erfolgreichen Einsatz des Hybrid-Materials für die Türen wurde nun auch die Motorhaube des Rennwagens in CFK-Integralbauweise am ika strukturmechanisch ausgelegt und am IKV gefertigt. Die Motorhaube besteht aus einer Außenhaut und einer Versteifungsstruktur mit gekreuzten Versteifungsprofilen. Zur Gestaltung der Versteifungsstruktur wurde eine am IKV entwickelte Methodik eingesetzt, mit der ein durchgängiger Faserverlauf an den besonders kritischen Kreuzungspunkten der Versteifungsprofile gewährleistet werden kann. In Kombination mit einer vom ika durchgeführten Topologieoptimierung konnten eine hohe Steifigkeit und Festigkeit bei minimalem Bauteilgewicht erreicht werden. Durch die Substitution der bisher aus Aluminium hergestellten Motorhaube durch eine CFKKonstruktion wurde eine Gewichtsreduktion von ca. 60 Prozent erreicht. Die Motorhaube wird ebenfalls auf der Product Demonstration Area ausgestellt.

Darüber hinaus werden die Arbeitsschritte zur Auslegung und Fertigung der Motorhaube anschaulich in einem Vortrag mit dem Titel „Designing methods and processing strategies for stiffened shell structures and transfer into the development of a CFRP engine bonnet for racing applications“ gezeigt. Der Vortrag findet am Dienstag, den 14. September 2010, um 11:30 Uhr direkt auf der Product Demonstration Area statt.

Spaltimprägnieranlage im IKV-Technikum für FVK (Foto: IKV/Winandy)

Auf dem IKV-Stand (Halle 10/11, Stand D48), direkt neben der Product Demonstration Area, präsentieren die IKV-Forscher weitere Forschungsergebnisse unter dem Motto „FVK - Großserie - Hochleistung“. Die schnelle und kostengünstige Herstellung von faserverstärkten Hochleistungsbauteilen ist von entscheidender Bedeutung für zukünftige
Großserienanwendungen. Im Hinblick darauf wurde am IKV in mehreren Forschungsprojekten das Spaltimprägnierverfahren entwickelt. Dieses Flüssigimprägnierverfahren ermöglicht eine sehr schnelle und reproduzierbare Fertigung von Strukturbauteilen, wie sie beispielsweise in der Automobilindustrie eingesetzt werden können. Dazu wurde eine automatisierte Spaltimprägnieranlage in Zusammenarbeit mit der Firma Hille Engineering, Aachen, entwickelt und am IKV installiert. Derzeit fertigt die Anlage Strukturbauteile mit Faservolumengehalten von über 50 Prozent in Zykluszeiten von 5 Minuten. Auf dem IKV-Stand werden die aktuellen Forschungsergebnisse zur serientauglichen Herstellung von FVK-Strukturbauteilen gezeigt.

Von den Entwicklungen des IKV im Bereich der faserverstärkten Kunststoffe können insbesondere der Automobilbau und die Luftfahrt profitieren. Dabei sind diese Branchen gleichzeitig Motor neuer Forschungsansätze. Im Fokus der Forschungen des IKV liegen neue Verarbeitungstechniken ebenso wie die Verarbeitung innovativer Materialsysteme.

Eine weitere Attraktion der Messe ist das COMPOSITES Forum. Dort werden mit Unterstützung des Branchenmagazins „Reinforced Plastics“ interessante Fachvorträge zu aktuellen Themen der Branche präsentiert. Den Besuchern werden Grundlagen, Trends und Innovationen aus den unterschiedlichen Anwendungsbereichen von Verbundwerkstoffen präsentiert. Das IKV wird in diesem Jahr mit zwei Vorträgen zu aktuellen Forschungsthemen vertreten sein. Unter der Überschrift „Technology, Automation & Processes“ werden zwei IKV-Forscher zu den Themen „3D-Fibre-Spraying - Complex Preforms with local mechanical property profiles“ (Mittwoch, 15.09.2010, 14 Uhr) und „Automated manufacturing of highperformance composite parts“ (Mittwoch, 15.09.2010, 16 Uhr) vortragen.

Weitere Informationen: www.ikv-aachen.de

Composites Europe 2010, 14.-16.9.2010, Essen, H. 10-11, St. D48

Institut für Kunststoffverarbeitung, Aachen

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