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Faserverstärkte Kunststoffe

Gekrümmte Bauteile für den Leichtbau

| Redakteur: Beate Christmann

Faserverstärkte Kunststoffprofile gelten als Schlüsseltechnologie des Leichtbaus. Fraunhofer-Forscher entwickeln nun das Verfahren der Radius-Pultrusion weiter, um auch gekrümmte Bauteile effizient in Serie herstellen zu können.

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Fertigung gebogener Faserverbund-Profile: Herzstück der Radius-Pultrusions-Anlage ist das bewegliche Werkzeug, das sich Stück für Stück über das zu fertigende Profil bewegt.
Fertigung gebogener Faserverbund-Profile: Herzstück der Radius-Pultrusions-Anlage ist das bewegliche Werkzeug, das sich Stück für Stück über das zu fertigende Profil bewegt.
( Bild: Fraunhofer-IWU )

Ein möglichst geringes Gewicht bei gleichzeitig hoher Steifigkeit und Festigkeit – diese beiden Eigenschaften beschreiben bei Werkstoffen das Leichtbaupotenzial. Vor allem in der Fahrzeug- und Flugzeugindustrie sind die leichten und belastbaren Konstruktionsteile gefragt. Sie sollen für enorme Kraftstoffeinsparungen und verbesserte Fahr- und Flugeigenschaften sorgen.

Faserverstärkte Kunststoffe haben sich sowohl in der Architektur, als auch im Flug- und Fahrzeugbau als der Weg zum Leichtbau etabliert. Denn dank ihres Aufbaus aus Verstärkungsfasern, die in eine Kunststoffmatrix eingebettet sind, können sie sehr großen Belastungen standhalten und besitzen dennoch ein sehr geringes Gewicht.

Etabliertes Verfahren der Pultrusion weiterentwickeln

Mit dem Verfahren der Pultrusion ließen sich solche endlosfaserverstärkte Kunststoffprofile bis vor Kurzem lediglich als gerade Bauteile preiswert und effizient herstellen. „Für komplexere und designrelevante Anwendungen sind neben geraden aber vor allem auch gekrümmte Profile nötig – diese können beispielsweise als Spanten für Flugzeugrümpfe verwendet werden“, erklärt David Löpitz, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU in Chemnitz.

Deswegen wollen die Wissenschaftler des Fraunhofer-IWU nun einen Weg finden, auch gekrümmte Profile effizient zu produzieren. Die Forscher stellen diese gekrümmten Bauteile zunächst mithilfe einer Weltneuheit her: mit dem Verfahren der Radius-Pultrusion. Entwickelt hat diese Technologie das Unternehmen Thomas Technik + Innovation. „Wir sind nun weltweit die erste Forschungseinrichtung, die diese revolutionäre Technik anwenden darf“, freut sich Löpitz.

Bauteile mit einem Radius ab 1,5 m

Bei der Radius-Pultrusion werden Fasern aus Glas, Kohlenstoff oder anderen Materialien gleichzeitig von mehreren großen Garnrollen abgespult und anschließend mit Harz imprägniert. Dann bringt sie ein beheiztes Werkzeug in die gewünschte Form und lässt sie zu einem fertigen Profil aushärten.

Im Gegensatz zum herkömmlichen Pultrusionsverfahren für gerade Profile, das bereits vor über 55 Jahren entwickelt wurde, bewegt sich hierbei ein gekrümmtes Werkzeug schrittweise über das entstehende Bauteil. „Das ist genau andersherum als beim Standardverfahren, bei dem das Werkzeug stillsteht und das Werkstück sich bewegt“, erklärt Löpitz. Diese Verfahrensabwandlung sei der Schlüssel zu den gekrümmten Profilen. Löpitz weiter: „Wir können auf diese Weise aktuell Bauteile mit einem Radius ab 1,5 m fertigen.“

Ziel: Gekrümmte und gerade Bauteile sollen sich abwechseln können

Die Forscher vom Fraunhofer-IWU wollen das Verfahren nun gemeinsam mit Partnern aus Industrie und Forschung weiter revolutionieren: „Unsere Vision ist es, dass das Pultrusionsverfahren beispielsweise im Automobilbau in Serie geht.“ Dafür müssen die Wissenschaftler eine Möglichkeit finden, Profile herzustellen, bei denen sich gekrümmte und gerade Partien beliebig abwechseln. So lassen sich Strukturbauteile fertigen, die die gesamte Kontur eines Autos abbilden – vom Bug über die A- und C-Säule bis zum Heck. Das Ergebnis sollen enorm crashstabile und gleichzeitig leichte Karosseriesegmente sein, die sich zudem sehr wirtschaftlich fertigen lassen.

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