KraussMaffei: Von der Idee zur serienreifen Faserverbundlösung

Funktions- und Sichtbauteile mit partieller Verstärkung im One-Shot-Verfahren: Die Kombination aus Mehrkomponententechnik und FiberForm eröffnet viele Möglichkeiten für den funktionalen Leichtbau auch im Fahrzeugsichtbereich - (Bilder: KraussMaffei).

Auf der JEC World 2019 will KraussMaffei seine Systemkompetenz bei Entwicklung und Umsetzung serientauglicher Prozesse für den faserverstärkten Leichtbau zeigen. Im Mittelpunkt des Messeauftritts stehen neue Verfahren und Anwendungen thermoplastischer und duroplastischer Matrixmaterialien wie das Fiberform-Verfahren, die Pultrusion oder das UD-Tapelegen.

Intelligente Automationslösungen sowie eine dem Spritzgießprozess angepasste Aufheiztechnologie sollen im Fiberform-Verfahren für Zykluszeiten unter 60 s sorgen. Erstmalig auf der JEC wird ein endlosfaserverstärktes Serien-Thermoplast-Leichtbauteil mit einer Stückzahl größer 1 Million pro Jahr gezeigt. Für dessen Herstellung werden besonders leichte und stabile Organobleche umgeformt und hinterspritzt. Das nur 0,5 mm dicke Organoblech gewährleistet laut KraussMaffei die geforderte Steifigkeit bei geringem Eigengewicht und trägt maßgeblich zur Gewichtseinsparung bis 4 kg/Fahrzeug bei. Der Spritzgießprozess unterstützt demnach die Maßeinhaltung der Geometrie und ist für die zusätzlichen Bauteilfunktionen erforderlich.

Ein weiteres Musterbauteil aus einem Forschungsprojekt mit der TU Dresden demonstriert den Einsatz von Recyclingmaterialien wie rezyklierte Carbonfasern und wiederaufbereitete Compounds. Außerdem wurde erstmals die entwickelte Spritzgieß-Fertigungstechnologie des Schäumformens an einer komplexen Geometrie umgesetzt. Mit dieser Technologie lassen sich in einem One-Shot-Prozess thermoplastische Sandwichstrukturen mit faserverstärkten Decklagen herstellen.

Die Kombination aus Fiberform und Wendeplattentechnik für das Mehrkomponenten-Spritzgießen zeichnen die dritte Anwendung aus, eine Mittelarmlehne für den Automobil-Innenraum, die in der Planet Area Automotive der JEC zu sehen sein wird. „Durch diese Kombination lassen sich neue optische und haptische Bauteileigenschaften von thermoplastischen Composites in einem Prozess realisieren. So verfügt die Mittelarmlehne dank der TPE-Komponente über eine besonders weiche und optisch ansprechende Oberfläche der Funktions- und Sichtteile", erklärt Dr. Mesut Cetin, Gruppenleiter Produktmanagement der KraussMaffei Automation. Der Einsatz des Organoblechs wiederum führt zu einer höheren Steifigkeit und Festigkeit des Bauteils. Dadurch können die Versteifungsrippen und das Bauteil dünnwandiger gestaltet werden, was zu einer Gewichtsreduzierung von rund 20 Prozent und zu einer Kostenreduzierung von rund 15 Prozent führen soll.

Neue Maßstäbe bei der Pultrusion

Etablierte Systemlösung: Ipul-Anlagen sind prädestiniert für pultrudierte Profile und Stäbe im Bau oder aber in der Windkraftindustrie.

Als weiteres Highlight auf dem KraussMaffei-Stand ist die Präsentation der Ipul-Technologie der KraussMaffei Reaktionstechnik für das kontinuierliche Strangziehen faserverstärkter Profile und Rundstäbe angekündigt. Die Anlage erlaubt bis zu zweimal höhere Produktionsgeschwindigkeiten im Vergleich zu üblichen Wannenverfahren.

„Großes Interesse weckt die neue Technologie in der Bauindustrie, etwa für Fensterprofile oder Bewehrungsstäbe in Beton, oder in der Windkraft. Hier erhielten wir unlängst einen Serienauftrag für ein größeres Projekt in Russland", erklärt Philipp Zimmermann, Leiter der Business Unit Composites/Surfaces bei KraussMaffei. Aber auch die Automobilindustrie und die Energie- und Stromversorgung bieten viel Potenzial. „Hier haben wir in Zusammenarbeit mit Tier1-Zulieferern und dem Fraunhofer IGCV zwei zukunftsweisende Entwicklungsprojekte gestartet. Dabei zeigt die Pultrusion ihre wahre Stärke: Die kosteneffiziente Produktion von Faserverbundprofilen bei geringen Einstiegshürden von Anlagen- und Werkzeuginvest. Attraktiver wird der Leichtbau nicht mehr werden", erklärt Zimmermann.

Mit der neuen Anlagenserie stellt KraussMaffei erstmals schlüsselfertige Komplettanlagen zur Verfügung, in denen die Anlagen-, Prozess- und Werkzeugtechnologie aus einer Hand stammen. Wichtige Verfahrensparameter wie die Austragsleistung und Abzugsgeschwindigkeit werden zentral gesteuert. Ein weiterer Vorteil sei die große Flexibilität und Präzision der Anlagen. Dank der Injektionsbox und Dosiertechnik mit einem neu entwickelten Mischkopf sei es möglich, komplett unterschiedliche Harze zu verarbeiten, auch hochreaktive Polyurethansysteme.

Erstklassige Oberflächen für großflächige Bauteile

Ideal für großflächige Bauteile in Leichtbauweise: Die im LFI-Verfahren hergestellte Abdeckung für Landmaschinen.

Mit dem LFI-Verfahren (Long-Fiber-Injection) präsentiert KraussMaffei eine weitere in der Serie etablierte Systemlösung für den faserverstärkten Leichtbau. „Das LFI-Verfahren ist ideal für großflächige, komplexe und zugleich dünnwandige Bauteile. Typische Endanwendungen sind zum Beispiel Abdeckungen für Lkw, Nutzfahrzeuge und Landmaschinen. Hier sehen wir weiterhin viel Potenzial am Markt, vor allem in China und in den USA", so Zimmermann. Dabei sorgt der hohe Automatisierungsgrad für kurze Zykluszeiten. Die Faservolumengehalte bis 50 Prozent gewährleisten hohe Bauteilstabilität bei niedrigem Gewicht. LFI-Bauteile zeichnen sich durch hohe Temperaturfestigkeit und Schlagzähigkeit aus und verfügen werkzeugfallend über direkt verwendbare Oberflächen. Auf der JEC präsentiert KraussMaffei als Serienbauteil eine Traktor-Seitenabdeckung.

Um eine Prozess-Stufe vor dem FiberForm-Verfahren geht es beim UD-Tape-Legen der KraussMaffei Berstorff, dem Spezialisten für die Extrusion. UD-Tapes sind Bänder unterschiedlicher Breite mit unidirektional ausgerichteten Verstärkungsfasern, beispielsweise aus Glas oder Carbon, die in eine thermoplastische Matrix eingebettet werden. „UD-Tapes bieten zum Beispiel die Grundlage für Organobleche für das FiberForm-Verfahren. Damit untermauern wir unsere Systemkompetenz und zeigen auf der JEC, wie wir Know-how aus Extrusion und thermoplastischem Leichtbau der Spritzgießtechnik bündeln, um neue Leichtbau-Lösungen zu entwickeln", erklärt Hilmar Heithorst, Produktmanager bei KraussMaffei Berstorff.

Ein weiteres Anwendungsbeispiel für UD-Tapes sind Thermoplastic Composite Pipes (TCP). Auf einer TCP-Anlage werden Kunststoffrohre mit UD-Tapes umwickelt und anschließend die Lagen verschmolzen. Durch diesen Materialverbund und die Ausrichtung der Längsfasern erreichen sie eine hohe Druckbeständigkeit und sind somit für die Anforderungen in der Öl- und Gasindustrie geeignet. KraussMaffei Berstorff arbeitet bei der Entwicklung der UD-Tape-Herstellung eng mit dem Fraunhofer-Pilotanlagenzentrum für Polymersynthese und –Verarbeitung PAZ in Schkopau zusammen. Hier steht seit dem Jahr 2017 eine neue UD-Tape-Anlage, die laut Unternehmen größte Schmelzimprägnieranlage der Welt. Die UD-Tape-Anlage erlaubt eine Herstellungsgeschwindigkeit von bis zu 20 m/min bei Verarbeitungstemperaturen bis 350°C

Weitere Informationen: www.kraussmaffei.com

JEC World 2019, 12.-14. März 2019, Paris, Frankreich

KraussMaffei Technologies GmbH, München

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