VDMA: Maschinenbau und Anwenderindustrien bauen Wissenstransfer für Composites aus

"Nur gemeinsam können mit vertretbarem Aufwand Automatisierungslösungen in der Fertigung entlang der gesamten Prozesskette erarbeitet werden, die dann zur notwendigen Kostenreduktion bei den Endprodukten beitragen", erklärte Frank Peters, Sprecher des VDMA Forums Composite Technology und Mitglied der Geschäftsführung KraussMaffei Technologies GmbH, anlässlich der Veranstaltung "Composite Serienfertigung - branchenübergreifend automatisieren", am Montag in Frankfurt. Mitglieder des VDMA Forums Composite Technology und der Partnerorganisationen AVK, Carbon Composites e.V. und CFK Valley Stade e.V. trafen sich erstmalig zum Gedankenaustausch. Peters unterstrich in seiner Begrüßung vor Industrievertretern und Wissenschaftlern die hohe Bedeutung einer guten Zusammenarbeit von Maschinen- und Anlagenbau mit den Anwenderindustrien von Faserverbundwerkstoffen und unter den zugehörigen Netzwerken. Über 150 Teilnehmer diskutierten Automatisierungsansätze und Anforderungen an den Maschinen- und Anlagenbau und betonten den gewinnbringenden Wissenstransfer für notwendige gemeinsame Entwicklungen.

Leichtbau ist Topthema in zentralen Anwenderbranchen
Prof. Dr.-Ing. Klaus Drechsler, Lehrstuhl für Carbon Composites, TU München, wies in seinem Plenarvortrag zu den Herausforderungen der Automatisierung auf das höchste Leichtbaupotenzial von carbonfaser-verstärkten Kunststoffen (CFK) unter allen Werkstoffsystemen hin, mit denkbaren 90 Prozent an Prozesskosteneinsparungen. "Ein Einsatz von CFK in der Großserienproduktion erfordert allerdings noch erhebliche Forschungsanstrengungen von den Materialwissenschaften über die Strukturmechanik bis zur Prozesstechnik. Automatisierungslösungen der Maschinen- und Anlagenbauer sind dabei entscheidende Impulsgeber im Hinblick auf eine Industrialisierung", berichtete Drechsler.

In allen Industriezweigen herrsche derzeit eine weitgehend manuelle Fertigung vor. Für die Luftfahrtindustrie oder auch im Rennsport würden in der Regel nur CFK-Bauteile in Kleinserie aber mit hohen Qualitätsanforderungen benötigt. Prof. Axel S. Herrmann, Airbus Operations, ergänzte: "In der Luftfahrtindustrie hat sich der Einsatz von Hochleistungsfaserverbunden mittlerweile mit hohen Qualitätsstandards etabliert. Die Erfahrungen aus dieser Kleinserien- und Großbauteilfertigung können auch in andere Branchen transferiert werden. Erhebliche Synergien ergeben sich mit dem Automobilbau, da auch im Flugzeugbau - etwa für die nächsten Single Aisle Flugzeuggenerationen - in der Einzelteilfertigung ähnlich hohe Stückzahlen wie im Automobilbau zu fertigen sind. Hochautomatisierte Fertigungsverfahren sind zu entwickeln, um Kosten und Qualität sicher zu stellen. Um dieses Ziel zu erreichen, ist ein breit angelegter Wissenstransfer unter allen Netzwerken weltweit notwendig."

Gänzlich anders müsse jedoch die Composite-Bauteilfertigung ausgelegt sein, wenn zum Beispiel in der Automobilindustrie in Großserie produziert werden soll, betonte Heinrich Timm, AUDI AG. "Leichtbau ist weit mehr als Verbrauchs- und Emissionsreduzierung. Leichtbau ist auch nachhaltige Ressourcenschonung und Fahrsicherheit. Leichtbau steht deshalb mehr denn je im Focus und beflügelt Konzepte in Materialmischbauweise von Stahl über Alu bis zu den Faserverbundwerkstoffen. Den besten Werkstoff für den jeweiligen Funktionsanspruch in kleinstmöglicher Menge am richtigen Platz, das ist der Weg zum wirtschaftlichen Leichtbau. Für die Serienfertigung sind dafür Fertigungs- und Fügeverfahren zu entwickeln und zu automatisieren. Der heute im VDMA praktizierte Austausch von Anwenderindustrien mit dem Maschinen- und Anlagenbau ist dafür äußerst wichtig." Gerade in den nächsten Fahrzeuggenerationen kommen zunehmend Leichtbauteile zum Einsatz, um insbesondere bei Elektrofahrzeugen Batteriegewicht zu kompensieren und insgesamt Flottenverbräuche zu senken.

Mengenmäßig werden glasfaserverstärkte Kunststoffe (GFK) wohl noch lange Zeit den Markt der Faserverbundwerkstoffe dominieren. Das wichtige Segment des Windkraftanlagenbaus verbaue bei wachsenden Rotordurchmessern allerdings verstärkt GFK zusammen mit CFK, um Verbesserungen zu erreichen. Entsprechend geschulte Mitarbeiter zur Umsetzung fehlen in allen Anwendungsbereichen, teilte Dr. Rolf Bütje, Nordex, auf der Veranstaltung mit. "Windkraftanlagen mit zunehmendem Rotordurchmesser im On- und Offshore-Segment unterliegen immer höheren Leistungsanforderungen. Neue Bauweisen, Werkstoffe und Auslegungskonzepte können das Gewicht der Rotorblätter reduzieren und deren Stabilität erhöhen. Simulationswerkzeuge und automatisiert gefertigte Produktqualitäten sind dazu wichtige Bausteine, damit deutsche Anbieter auch weiterhin die marktführende Position innehaben. Hier ist Know-how aus der gesamten Composite-Industrie gefragt, wie sie heute versammelt ist", so Bütje.

Keine Serienfertigung ohne Automatisierungslösungen
Der Einsatz von Faserverbunden in der Serienproduktion erfordert prozesssichere Verfahren mit kurzen Zykluszeiten und hoher Präzision sowie gleichzeitig rückläufige Preise der Hochleistungsfasern, um wettbewerbsfähig zu werden. Die Herausforderungen einer automatisierten Fertigung betreffen alle Prozessschritte: Textile Formteilfertigung, Zuschneiden, Handhabung biegeschlaffer Vorprodukte, Injektions- und Härteprozesse, Werkzeugauslegung, Füge– und Montagetechniken sowie Bearbeitung und Prüfung der Bauteile.

Im Forum Composite Technology haben sich den Angaben zufolge über 130 VDMA-Mitgliedsfirmen aus acht Fachverbänden zusammengeschlossen, um gemeinsam mit den Kundenbranchen die notwendigen Entwicklungen voranzutreiben. Mit den Bereichen Thermoprozesstechnik, Textilmaschinen, Bekleidungs- und Ledertechnik, Kunststoff- und Gummimaschinen, Robotik und Automation, Werkzeugmaschinen, Präzisionswerkzeuge und Prüfmaschinen sei die gesamte Prozesskette von der Faser bis zum fertigen Bauteil abgedeckt. Als ideeller Träger der Messe Composites Europe will das Forum mit seinen Mitgliedsfirmen diese Kompetenz vom 9. bis 11. Oktober 2012 in Düsseldorf präsentieren.

Vernetzung als Voraussetzung zum Erfolg
Die deutschen Unternehmen der Composite-Industrie in Produktion und Anwendung können allerdings nur dann international führend bleiben, wenn der Weg zur Serienfertigung gemeinsam beschritten wird. Frank Peters fasste den dazu erforderlichen branchenübergreifenden Schulterschluss in Frankfurt entsprechend zusammen: "Der Einsatz der Faserverbundwerkstoffe in der Serienfertigung von Anwenderbranchen erfordert einen bislang nicht realisierten Automatisierungsgrad. Mit dem VDMA Forum Composite Technology bringt sich der Maschinen- und Anlagenbau geschlossen ein, um gemeinsam mit den Netzwerken AVK, Carbon Composites und CFK Valley Stade Lösungen zu erarbeiten. Die Workshop-Veranstaltung der Partner hat auf Anhieb großen Zuspruch gefunden und ist dazu ein wichtiger Meilenstein. Deutschland bietet mit exzellenten Forschungseinrichtungen und weltweit führenden Industriezweigen beste Voraussetzungen für eine marktführende Stellung in der Composite-Fertigung."

Weitere Informationen: www.vdma.org/plastics

Fachverband Kunststoff- und Gummimaschinen im VDMA, Frankfurt

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