FiberScan

Der Einsatz von Faserverbundkunststoffen (FVK) für Druck- und Kraftstoffbehälter birgt großes Potenzial zur Erhöhung der Energieeffizienz im Automobilbereich und Transportwesen. So lässt sich zum Beispiel das Gewicht eines Fahrzeug- oder Gastanks durch die Verwendung von FVK um bis zu 70% reduzieren und damit eine erhebliche Senkung des Kraftstoffverbrauchs erreichen. Diese Behälter werden bisher im Duroplast-Wickelverfahren hergestellt: Kohlenstofffaserbündel werden mit flüssigem Matrixwerkstoff (z.B. Kunstharz) zur Faserverbindung getränkt, auf einem rotierenden Grundkörper in mehreren Lagen abgelegt und ausgehärtet.
Ein neues Verfahren zur energieeffizienten Verarbeitung von FVK ist das laserunterstützten Thermoplast-Tapewickeln. Dabei handelt es sich um ein Wickelverfahren mit einer immer wieder thermisch-verformbaren FVK-Matrix, welches gegenüber existierenden Verfahren viele energie- und zeitaufwendige Bearbeitungsschritte überflüssig macht. Die Einsatzfähigkeit des Verfahrens für die Serienproduktionen, insbesondere der sicherheitskritischen Bauteile, wie Druck- und Kraftstoffbehältern, ist jedoch bislang durch fehlende optische Qualitätssicherungsmaßnahmen eingeschränkt.
Diese Problematik greift das Forschungsprojekt FiberScan auf. Zur Erreichung eines Großserienniveaus werden innovative, messtechnische Lösungen entwickelt und in den Verarbeitungsprozess des Tapewickelns integriert. Durch eine auf optischen Messverfahren beruhende Prozessregelung können typische Fehler, wie z.B. die Überlappung mehrerer Tapebahnen oder Lücken zwischen diesen, vermieden und der Ausschuss um bis zu 95% verringert werden. Die zusätzlich integrierte, ultraschall- und infrarotlichtbasierte Qualitätssicherung realisiert anschließend eine effiziente 100%-Prüfung der sicherheitskritischen Bauteile. Beide Maßnahmen steigern die Energie- und Materialeffizienz der Produktion wesentlich und erlauben Prozessgeschwindigkeiten auf Großserienniveau.
Die Ergebnisse des Projekts werden für sämtliche Hersteller von Druckbehältern attraktiv sein. Die Produktion von Gasflaschen für Industrie und Medizin sowie Tanks für das Verkehrswesen wird durch diese Entwicklung energie- und ressourceneffizienter werden. Gleichzeitig bietet diese Technologie einen Anreiz, konventionelle Stahltanks durch FVK-Behälter zu substituieren und damit die Energie- und Kosteneffizienz beim Transport durch das geringere Gewicht zu erhöhen.