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Donnerstag, 21. Februar 2019

Produktion

Fasern in Form

Von Stefan Asche, Iestyn Hartbrich, Bettina Reckter | 10. Mai 2018 | Ausgabe 19

Bauteile aus Verbundmaterialien entstehen auf immer neuen Wegen. Problematisch bleibt das Recycling.

BU Carbonfaser
Foto: SGL Carbon

Wenn es um geringes Gewicht und hohe Steifigkeit geht, schwören Konstrukteure auf faserverstärkte Kunststoffe. Aus dem Flug- und Fahrzeugbau sind sie längst nicht mehr wegzudenken. Beinahe täglich finden die Materialien Einzug in neue Branchen. Entsprechend steigt die Nachfrage nach den Rohstoffen. Beispiel Kohlenstofffaser: Laut Statistikportal Statista betrug die weltweite Nachfrage im vergangenen Jahr rund 70 000 t. Bis 2022 soll sie auf 117 000 t ansteigen – was einem jährlichen Wachstum von deutlich über 10 % entspricht.

Zusätzlichen Schub könnte der Bedarf nach Fasern durch neue Produktionsverfahren erhalten. So arbeiten verschiedene Firmen weltweit daran, sie mit 3-D-Druckern in Form zu bringen. Selbst vor Endlosfasern schrecken die Maschinenhersteller nicht mehr zurück. Dank industrieller Sechsachsroboter können die Bauteile immer größer werden. Siemens und Stratasys planen bereits, Objekte in der Größe eines kompletten Pkw zu drucken.

Forscher der TU Chemnitz haben derweil Hohlprofile im Visier. Zu deren Herstellung setzen sie auf das sogenannte Orbitalwickeln, einen Prozess, der auf den ersten Blick leicht verwirren kann. Was sich beim klassischen Wickeln dreht, steht hier still. Was sonst verharrt, wird hier in Rotation versetzt. Mit der Chemnitzer Technologie lassen sich anders als bei klassischen Wickelprozessen auch Geometrien wickeln, die nicht kreisförmig und nicht rotationssymmetrisch sind. Sogar konkave Profile – solche, die Flächen mit Unterschnitt aufweisen, – können die Wissenschaftler herstellen. Derzeit befindet sich die Technik noch im Stadium der Grundlagenforschung.

Auch im klassischen Spritzguss halten Kohlenstoff, Glas & Co. auf neuen Wegen Einzug. Die Firma Arburg beispielsweise hat ein Verfahren entwickelt, bei dem Langfasern erst dann in den Produktionsprozess eingebracht werden, wenn das Matrixmaterial schon geschmolzen ist. Das erlaubt längere Fasern als bei bisherigen Verfahren. Ergebnis sind festere Bauteile und höhere Werkzeugstandzeiten.

Der österreichische Maschinenbauer Engel erprobt mit Industriepartnern ein Verfahren, das darauf abzielt, die Prozesskette in der Faserverbund-Fertigung zu verkürzen. In dem Verfahren kombiniert das Unternehmen in ein und demselben Werkzeug die Formgebung mit dem Prozess, der für den Zusammenhalt der Fasern im Bauteil sorgt. Ein Vorteil der Technologie besteht darin, dass sich in einem zweiten Schritt direkt Versteifungselemente per Spritzguss am Bauteil anbringen lassen. Engel peilt den Einsatz in automobilen Großserien an: Die Jahresstückzahlen könnten im fünf- bis sechsstelligen Bereich liegen. Konkret kommen zum Beispiel Frontendmodule für die Fertigungstechnik in Betracht.

Noch weitgehend ungelöst ist allerdings das Recycling von Faserverbundmaterialien. Sie gehören nicht in die Müllverbrennung. Übrig blieben nämlich krebserregende Bruchstücke. Die Recyclingunternehmen suchen deshalb den Dialog mit den Herstellern. Diese aber scheinen sich bislang zu verweigern. Nur Druck von Politik und Behörden könnte das ändern.  Seiten 20 bis 23