Preform-RTM-Fertigung

Problemstellung
Für den modernen Maschinen- und Anlagenbau mit seinen hohen Forderungen an Steifigkeit und Gewicht werden neue Materialien für Leichtbauprodukte immer wichtiger. Die Werkstoffgruppe der Faser-Kunststoff-Verbunde (FKV) kämpft immer noch mit dem Image, aus Kostengründen ausschließlich für Hightech-Anwendungen in Luft- und Raumfahrt sowie der Formel 1 einsetzbar zu sein. Aufgrund ihrer überlegenen Materialeigenschaften, wie zum Beispiel niedrigeres Gewicht und geringere Korrosionsneigung verdrängen FKV- Bauteile die klassischen Werkstoffe jedoch auch im Automobil-, Maschinen-, und Anlagenbau.

Projektziele und erreichte Ergebnisse
In diesem Projekt wurde eine vollständige Prozesskette zur wirtschaftlichen Produktion von integralen, Faser verstärkten Kunststoffbauteilen für strukturelle Leichtbauanwendungen mittels Harzinjektionsverfahren (RTM) entwickelt. Die wirtschaftliche Herstellung der Faserverstärkung, der so genannten Preform, konnte durch den Einsatz einer neuartigen Maschinenkombination, einem CNC- Näh- und Schneide- Automaten sehr erfolgreich umgesetzt werden. Die neue Anlagentechnik ermöglicht es, beliebige Faserkohlenstoffverbund- Bauteile in einer wirtschaftlichen Preform- RTM- Bauweise zu realisieren. Die für eine qualitätsgesicherte Produktion unerlässliche Datendurchgängigkeit vom CAD-Design bis hin zum fertigen Bauteil wurde realisiert. Ergänzend wurden die erforderlichen Harz- und Automaten- kompatiblen Nähgarne entwickelt. Hierzu zählen auch Strukturnähgarne auf Basis von Kohlenstofffasern mit vollkommen neuen Eigenschaften, die auch in Hightech-Produkten eine Anwendungen finden werden.
Die Industrietauglichkeit der neu entwickelten Prozesskette wurde durch zwei ausgewählte Anwendungsbeispiele, eine neuartige Wellen-Naben-Kombination für Windkraftanlagen und eine modulare Versteifungsstruktur aus Kohlenstofffaser verstärktem Kunststoff für hoch beschleunigte Linearachsen, nachgewiesen. Die neu entwickelten Leichtbauanwendungen sind Schlüsselkomponenten für den gesamten Maschinenbau und können kommerziell angeboten werden.
Im Rahmen des Projekts konnten die Methoden für die Auslegung und Berechnung von Kohlenstofffaserverbundwerkstoffen weiter verbessert und verfeinert werden. Mit der entwickelten Prozesskette und der Herstellung der Bauteile "Linearachse" und "Welle- Nabe-Kombination" konnte demonstriert werden, dass das Verfahren Industriell einsetzbar ist.

Ausblick
Die entwickelte Prozesstechnik ist weltweit einmalig und ermöglicht es deutschen Unternehmen unter wirtschaftlichen Aspekten Kohlenstofffaserverbund- Bauteile herzustellen und neue hierfür geeignete Produktionsanlagen anzubieten.
Bei den Projektpartnern laufen auch nach Projektende noch weitere Optimierungsversuche. Um insbesondere kleinen und mittelständischen Unternehmen einen einfachen Einstieg in die Preform- RTM- Technik zu ermöglichen, steht die Anlagentechnik im Institut für Verbundwerkstoffe GmbH (IVW) für Anschlussprojekte zur Verfügung.
Die Erfahrungen der Partner und die weiterentwickelten Methoden sind zusammengefasst im Abschlussbericht: "Prozessentwicklung und ganzheitliches Leichtbaukonzept zur durchgängigen, abfallfreien Preform RTM Fertigung" - ISBN 3-934930- 42-5. Ein aus dem Projekt heraus entstandener Industriearbeitskreis "Pro-Preform-RTM" dient als öffentliches Diskussionsforum und steht allen interessierten Unternehmen offen.

Prozessentwicklung und ganzheitliches Leichtbaukonzept zur durchgängigen, abfallfreien Preform-RTM Fertigung

Autor: Mitschang, P. (Hrsg.)

Verlag: Institut für Verbundwerkstoffe GmbH Verlag, Kaiserslautern

Erscheinungsjahr: 2004

ISBN: 3-934930-42-5

Beschreibung: In diesem Buch wird die Entwicklung einer vollständigen Prozesskette zur wirtschaftlichen Produktion von integralen, faserverstärkten Kunststoffstrukturbauteilen für Leichtbauanwendungen beschrieben. Dies wurde exemplarisch an der Produktion "Rotor-Naben-Wellen-Kombination für eine Windkraftanlage" und "Steifigkeitsoptimierte Linearachse" aufgezeigt. Als drittes parallel betrachtetes Bauteil wurde ein "Strukturbauteil für die Verkehrstechnik", im Sinne einer Übertragbarkeit und Generalisierung der Prozesskette, validiert. Es konnte gezeigt werden, wie moderne Prozesstechnologie durch Auslegung und Berechnung wesentlich verbessert werden kann. Mit der Entwicklung von fasergerechten Nähfäden bis hin zu Kohlenstofffasernähfäden konnte eine weitere Verbesserung zur Gewichts- und Kostenreduzierung erreicht werden.