Nach 2019 veranstaltete der Maschinenbauer Engel am 6. Mai 2021 zum zweiten Mal seinen „Lightweight Future Day“, diesmal als Online-Format. Der Titel war durchaus programmatisch zu verstehen.

Der Fahrzeuginnenraum ist eine wahre Spielwiese für Leichtbauwerkstoffe, Lacke und hauchdünne Kunststofffolien

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Zweite Auflage des Engel Lightweight Future Day

Spritzgießen

Kunststoffverarbeitung: Verfahren

Doriat, Clemens, Dr.

Sekundärfasern

Kunststoff Werkstoffe

Kunststoff-Rezyklat

Fasern

Halbzeuge und Zwischenprodukte

Kunststoff-Halbzeuge

Spritzgießmaschinen, allgemein

Kunststoffverarbeitung: Maschinen und Komponenten

Spritzgießmaschinen

Leichtbau

UD-Tapes

Verstärkungsstoffe

Faserverbundwerkstoffe

Andere Werkstoffe

Organobleche (gewebeverstärkte Thermoplast-Halbzeuge)

Crashtüren, Bio-Kindersitze und Schweizer Finnen

Die AVK ist der älteste Verband der deutschen Kunststoffindustrie. Sie wurde gerade 100. Darüber sprachen wir mit AVK-Geschäftsführer Dr. Elmar Witten.

Dr. Elmar Witten ist seit 2007 Geschäftsführer der AVK.

Interview zum 100-jährigen Jubiläum der AVK mit Geschäftsführer Dr. Elmar Witten

Glasfasern / -matten

Streifinger, Florian

Kunststofffasern

„Bevor Glasfasern zum Einsatz kamen, setzte man auf Naturfasern“

Seit Oktober 2020 ist Warden Schijve Teil des AZL-Engineering-Teams und baut den Bereich für Produkt- und Anwendungsentwicklung im Leichtbau weiter aus.

Begrüßung des neuen Kollegen im AZL Tech Center (v. l.): Dr. Michael Emonts, Warden Schijve, Philipp Fröhlig und Dr. Kai Fischer

Kohlenstofffasern / -matten

Faserverarbeitung

Aramidfasern

Personen

kunststoffe.de

Werkzeuge für Faserverarbeitung

Werkzeuge für die Kunststoffverarbeitung

Neues Mitglied im AZL-Engineering-Team

Viele Materialien benötigen ein speziell auf die Materialeigenschaften abgestimmtes Dosierkonzept wie den Faserdosierer FiberXpert von Brabender Technologie.

FiberXpert FX225 eignet sich ideal für das Dosieren von langen und unregelmäßigen Fasern.

Messe K-Kunststoffmesse

kunststoffe-international.com

Materialhandling

Kunststoff-Aufbereitung

Dosieren von langen und recycelten Fasern

Kohlenstofffasern sind teuer. Mit PE-Precursoren lassen sich jedoch in der Produktion der Fasern erhebliche Kosten einsparen.

Wegen der hohen Kosten für Carbonfasern kommen sie im Automobilbereich bisher nur selten zum Einsatz.

Kosten und CO2 bei Kohlenstofffasern einsparen

Polyethylen

Thermoplaste

PE-basierte Carbonfasern

Endlosfaserverstärkte Thermoplast-Composites etablieren sich auch bei dünnwandigen Gehäusen. Sie bieten eine hohe Steifigkeit, helfen das Gewicht zu senken und ermöglichen ein edles Design und Funktionsintegration. Werden die Gehäuse im Hybrid-Molding-Verfahren gefertigt, lassen sich außerdem Kosten, Verarbeitungsschritte und Zykluszeiten reduzieren

Das Smartphone Carbon 1 Mark II von Carbon Mobile wurde in Deutschland entwickelt.  Die mattschwarzen Carbonfasern verleihen dem Smartphone einen edlen Hightech-Look

Composites senken das Gewicht und erleichtern die Produktion von Elektronikgehäusen

Composite-Halbzeuge

Kunststoff

Bauwesen

Baustoffe

Leichtbau für die Hosentasche

Für Fertigungsverfahren, mit denen sich Leichtbauteile in Großserien kosteneffizient herstellen lassen, gibt es einen wachsenden Bedarf.

Laserstrukturieren: Laserstrahlung hoher Intensität verdampft lokal Metall und erzeugt dabei Mikrostrukturen mit Hinterschneidungen. Auf der so vorbehandelten Oberfläche können faserverstärkte Kunststoffe durch mechanische Verkrallung gut haften (© Fraunhofer ILT)

Lasergestütztes Fertigungsverfahren ermöglicht die Herstellung von Hybridbauteilen

Laserstrukturieren

Oberflächentechnik

Laserbearbeitungen

Verbindungstechnik, hybride

Verbindungstechnik Verfahren

Lasertechnik

Schnüre, Bänder, Tapes

Karosseriebauteile lokal verstärken

Mit der Herstellung von Demoteilen für Pkw-Türmodule im sogenannten organomelt-Verfahren unternimmt Engel im Bereich des thermoplastbasierten Composite-Leichtbaus den nächsten Schritt in Richtung Großserie. Die Fertigungszelle ist die weltweit erste, die drei unterschiedlich dicke Organobleche mittels IR-Strahlung aufheizt, umformt und im selben Prozessschritt im Spritzgießverfahren eine hochwertige Sichtoberfläche ausformt.

Die lastgerechte Auswahl der Organobleche ermöglicht es, die unterschiedliche Belastung der einzelnen Bauteilbereiche gezielt zu berücksichtigen

Thermoplastische Composites mit höchster Effizienz lastgerecht fertigen

Spritzgießwerkzeuge

Verbundwerkstoffe / Werkstoffverbunde

Handling, Handhabungstechnik

Automatisierungstechnik

Industrieroboter

Montagetechnik

Knickarmroboter

Wie dünn darf’s denn sein?

CFK verfügen in Abhängigkeit vom Carbonfasergehalt, der Faserlänge sowie der Orientierung der Fasern über eine inhärente Leitfähigkeit. Bisher wurde diese jedoch kaum beachtet oder als störender Effekt betrachtet. Richtig umgesetzt, lassen sich damit jedoch zusätzliche Funktionen wie EMV-Abschirmung und Heizleistung in Bauteile integrieren.

Bild 1. Spezifischer Oberflächenwiderstand verschiedener rCFK: Der Widerstand hängt sowohl vom Faservolumengehalt als auch dem Herstellungsverfahren ab 

Die elektrische Leitfähigkeit von CFK für Zusatzfunktionen nutzen

Elektronik

Mehr als nur Leichtbau

Für den Einsatz als Textilien müssen Polyamidfasern flammgeschützt sein. Eine interessante Alternative zu halogenhaltigen Flammschutzmitteln stellen inhärent flammgeschützt Polymere dar, die zusammen mit Polyamid zu Blends verarbeitet und anschließend zu Fasern gesponnen werden.

Bild 1. Gestrick aus unbehandeltem PA66 a) vor b) und nach der Brandprüfung, sowie Gestrick aus intrinsisch flammgeschütztem PA66 c) vor und d) nach der Brandprüfung: Die Wirkung des Flammschutzmittels ist gut zu erkennen.

Flammschutz von Kunststofffasern

Blend

Polyamide

Flammschutzmittel

Additive

Intrinsisch flammgeschütztes Polyamid

In modernen Fahrzeugen spielt die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) eine immer wichtigere Rolle. EMV-Kunststoffe helfen dabei, Störungen durch elektromagnetische Felder sicher und kosteneffizient zu verhindern.

Interieur des Konzeptfahrzeugs Rinspeed MetroSnap: Bei aktuellen Fahrzeugentwicklungen spielt die EMV-Abschirmung eine immer größere Rolle. Dafür bieten sich in vielen Fällen entsprechend gefüllte Kunststoffe an. 

Fahrzeugelektronik gegen elektrische und magnetische Felder abschirmen

Füllstoffe, allgemein

Füllstoffe für Kunststoffe

Technische Kunststoffe

EMV-Schutz für den  rollenden Computer

Naturfasern als Verstärkung für Kunststoffe sind unter dem Gesichtspunkt der Nachhaltigkeit sehr interessant. In einem Forschungsprojekt wurde nun die Nutzung von Silphiefasern aus Abfällen der Biogasherstellung untersucht.

Die „durchwachsene Silphie“ wird in Deutschland für die Biogasherstellung angebaut. Aus den dabei entstehenden Gärresten lassen sich die Fasern der Pflanze herauslösen und anschließend für Verbundkunststoffe nutzen.

Aus Gärresten der Biogasproduktion werden Fasern für Verbundkunststoffe

Biokunststoffe

Leichtbau mit regionaler Pflanzenfaser

FVK werden für stark beanspruchte Produkte verwendet. Entmischung stellt dabei eine Unsicherheit dar. Ein einfaches Verfahren ermöglicht die Bestimmung.

Einfaches Verfahren zur Analyse der Faserverteilung in Bauteilen

Messtechnik

Die Entmischung von Glasfasern bestimmen

Kunststoffe sind für viele Anwendungen im Leichtbau die Materialien der Wahl. Das zeigen auch die Aussteller der JEC 2023 in Paris.

Das Wabenmaterial Cormaster basiert kann überall dort zum Einsatz kommen, wo geringes Gewicht bei gleichzeitig höchster Stabilität gefordert ist.

Mit leichtem Gepäck nach Paris

Wipag investiert in eine neue Produktionsstätte. Der Ausbau soll dabei nur der erste Schritt sein.

Den Baubeginn für die neue Produktionshalle in Gardelegen starteten mit einem symbolischen Spatenstich Norbert Scheinert, Head of Production bei Wipag Gardelegen, Olaf Fröde, Director Operations von Wipag, Jens Kaatze, CEO von Wipag, und Frank Kriebisch, Senior Advisor Technology bei Wipag (v.l.n.r).

Compounds mit recycelten Carbonfasern

Compound

Kunststoff-Recycling

Produktionsausbau bei Wipag in Gardelegen

Die Umweltauswirkungen der Produktion von FVK-Bauteilen bewerten

Leichtbau mit Faserverbundkunststoffen spart im Betrieb von Automobilen und Flugzeugen Energieressourcen ein. Den Einsparungen stehen jedoch häufig höhere Verbräuche in der Produktion gegenüber. Deshalb rückt die Nachhaltigkeit bei der Fertigung verstärkt in den Fokus. Eine entsprechende Nachhaltigkeitsbetrachtung für die Verarbeitung von thermoplastischen UD-Tapes zu funktionsintegrierten Bauteilen hat das Forschungsinstitut Neue Materialien Bayreuth durchgeführt.

Nach einer Studie des Meinungsinstituts Agora Verkehrswende aus dem Jahr 2019 entfallen bei Elektrofahrzeugen über den kompletten Lebenszyklus im Schnitt 42 % der CO2-Emissionen auf die Herstellung, 56 % auf die Nutzungsphase und jeweils 1 % auf Entsorgung und Recycling sowie sonstige Verbräuche [1]. Leichtbau ermöglicht eine Reduzierung der CO2-Emissionen während der Nutzungsphase. Für Leichtbaulösungen fallen jedoch im Vergleich zu konventionellen Bauweisen häufig höhere Energieverbräuche in der Produktion an (Bild 1). Bei Faserverbundkunststoffen erzeugt die Herstellung der Verstärkungsfasern, vor allem die energieintensive Herstellung von Kohlenstofffasern, bereits relativ hohe CO2-Emissionen, die die Leichtbaulösung in der Nutzungsphase erst wieder amortisieren muss. Am Ende des Produktlebenszyklus sind noch die Verbräuche des Recyclings zu berücksichtigen, die bei Verbundwerkstoffen häufig ebenfalls höher sind.

Die wesentliche Frage für Leichtbaulösungen im Hinblick auf die Nachhaltigkeit ist deshalb, wie hoch der CO2-Ausstoß der Produktion sein darf, dass mit den Einsparungen in der Nutzungsphase am Ende noch ein Vorteil gegenüber konventionellen Lösungen besteht. Die Emissionseinsparungen durch den Leichtbau in der Nutzungsphase lassen sich gut berechnen. Für eine Gesamtbilanz ist jedoch zusätzlich noch der Fußabdruck der Herstellung notwendig. Am Forschungsinstitut Neue Materialien Bayreuth (NMB) wurden entsprechende Untersuchungen zur CO2-Bilanz der Produktion von Bauteilen aus Faserverbundkunststoffen durchgeführt.

Ziel der Arbeiten der NMB war die Etablierung geeigneter Modelle zur ökobilanziellen Bewertung der Herstellung von Leichtbauteilen auf Basis kontinuierlich verstärkter thermoplastischer Tapes (UD-Tapes). Die Methode der Ökobilanzierung oder auch Lebenszyklusanalyse (engl. Life-Cycle-Assessment, LCA) nach DIN EN ISO 14040 und 14044 beschreibt die Vorgehensweise zur quantitativen Bewertung der potenziellen Umweltauswirkungen eines Produkts über seinen gesamten Lebensweg [2, 3]. Je nach Zweck einer LCA können als Rahmen auch Teilsysteme (z. B. cradle to gate, gate to gate, cradle to grave) betrachtet werden.

Den Untersuchungsrahmen und die Wirkungskategorie festlegen

Im ersten Schritt wird zuerst ein Untersuchungsrahmen festgelegt, der die Systemgrenzen, eine funktionelle Einheit und die Annahmen, Methoden und Randbedingungen definiert. Nachdem der Untersuchungsrahmen festgelegt ist, werden in dem folgenden Schritt der Sachbilanz (engl. Life Cycle Inventory) alle Medienflüsse der Produktionskette im Betrieb quantitativ erfasst und bei Bedarf mit Datenbankwerten ergänzt. Abschließend wird die gewünschte Wirkungskategorie festgelegt, nach der ausgewertet wird. Beispiele für solche Wirkungskategorien mit zugehörigem Wirkungsindikatorwert sind Treibhauseffekt oder Global-Warming-Potenzial in kg CO2 eq. (Kilogramm CO2-Äquivalente), Flächenverbrauch und Flächeneinheit in km2 oder Versauerung und Versauerungspotenzial in kg SO2 eq. Die Auswertung der LCA findet bereits parallel zu allen Teilschritten statt.

In den letzten Jahren haben kontinuierlich faserverstärkte thermoplastische Verbundkunststoffe, primär Organobleche, in die automobile Serienfertigung Einzug gefunden. UD-Tapes stellen dafür eine sinnvolle Ergänzung dar, da sie lastgerechte Preforms ermöglichen und konturabhängig den Verschnitt reduzieren. Thermoplastische Verbundwerkstoffe bieten Vorteile, wie kurze Zykluszeiten, Funktionsintegration über Spritzgießen sowie Recyclingfähigkeit. Neben der Anwendung im Automobilsektor besitzen sie auch ein großes Potenzial für weitere Anwendungen wie Sportartikel und die Luftfahrtindustrie. Die NMB hat in den zurückliegenden Jahren mit der FORCE-Prozesskette (FORCE = Functionalized Oriented Composites) einen Ansatz für die Herstellung thermoplastischer Leichtbauteile im Industriemaßstab erarbeitet, der die Verarbeitung vom UD-Tape bis zum Overmolding-Bauteil umfasst (Bild 2) [4 – 6].

Am Beispiel der FORCE-Prozesskette lässt sich gut das Ökobilanzierungsverfahren einer Faserverbundbauteilproduktion verdeutlichen. Für die ökobilanzielle Betrachtung wird der Ablauf dieser Prozesskette (Flussdiagramm in Bild 3) in der Software GaBi (Version 9.2.1, Hersteller: Sphera Solutions) modelliert. Für die Nachhaltigkeitsbewertung wird als Systemgrenze ein „cradle to gate“-Ansatz gewählt. Das beinhaltet alle Daten von Beginn der Herstellung, auch der Rohmaterialien und Halbzeuge, bis zum „Fabriktor“, wenn das Bauteil die Produktionsstätte verlässt. Die Herstellung der Rohmaterialien wird über die Datenbanken „Professional“ und „Carbon Composites Extension“ der GaBi-Software abgebildet. Als funktionelle Einheit und somit als Bezugsgröße der Bewertung wird „ein Bauteil“ gewählt. Dadurch können auch die Auswirkungen des Einsatzes unterschiedlicher Materialien und Lagenaufbauten für ein und dasselbe Bauteil verglichen werden. Die Aufwände zur Schaffung der Infrastruktur und für Personal und Transportwege werden im Rahmen dieser Bilanz nicht berücksichtigt.

Als Bauteil für die Untersuchungen wurde ein komplexes Overmolding-Bauteil aus dem Forschungsprojekt 2D-MultiMat verwendet (Bild 4), entwickelt gemeinsam mit den Unternehmen Brose Fahrzeugteile und Rehau Automotive. Es besteht aus einem Gewebe-Organoblech und einer UD-Mehrlagenstruktur auf Basis von Polypropylen (PP). Verglichen wurde ein rein kohlenstofffaserverstärktes (CF) Bauteil mit einer kostenoptimierten, hybriden Preform aus Kohlenstoff- und Glasfasern (CF-GF-Hybrid) [7]. Für die Funktionsintegration im Spritzgießschritt wurde langglasfaserverstärktes PP verwendet. Die Preforms wurden mit der FORCE-Legetechnik hergestellt mit anschließender Formgebung und Funktionsintegration durch Spritzgießen in einem One-Shot-Prozess auf einer 25 000-kN-Spritzpresse.

In einem ersten Schritt wurde die Herstellung eines Demonstratorbauteils auf Laminatbasis lediglich bestehend aus PP-CF-UD-Tapes mittels FORCE-Prozesskette untersucht. Die Auswertung ergibt CO2-Emissionen von insgesamt 17 kg CO2-Äquivalent für die funktionelle Einheit eines Bauteils. Die dominanten Beiträge zur CO2-Gesamtbilanz sind die in der Herstellung energieintensiven CF-Tapes sowie der Verarbeitungsschritt des Tapelegens. Bei der Tapelegeanlage dominiert der Energieverbrauch aus den Legesystemen, die mit Unterdruck arbeiten. Zu berücksichtigen ist dabei, dass die FORCE-Placement-Anlage für großflächige Laminate bis 1500 mm x 1500 mm ausgelegt ist, bei dem untersuchten Bauteil jedoch lediglich ein Viertel der möglichen Legefläche ausgenutzt wurde. Eine Legeanlage für ein Serienbauteil wäre hingegen optimal auf die spezifische Bauteilgröße angepasst. Daher wurde im nächsten Schritt die Tapelegeanlage für das Bauteil optimiert und der Legeprozess in einem separaten Projekt auf Optimierungspotenziale untersucht.

Optimierung des Tapelegens mit  digitalem Zwilling

Der größte Einfluss auf die Umweltauswirkungen eines Leichtbauteils wird in den frühen Phasen der Produktentwicklung genommen. Durch Prototyping und Produktionsbeginn steigt zwar die Datenqualität für eine Nachhaltigkeitsbetrachtung, da Werkstoffe festgelegt sind und Energieverbräuche in der Produktion exakt erfasst werden können. Das Ergebnis lässt sich somit gut bewerten. Jedoch kann es an diesem Punkt kaum noch beeinflusst werden. Daher bieten digitale Tools wie digitale Zwillinge inzwischen die Möglichkeit, nicht nur das Bauteil, sondern auch den Herstellungsprozess in den frühen Phasen der Produktentstehung zu simulieren und auf Nachhaltigkeit und Wirtschaftlichkeit zu optimieren.

Für den Prozess des Tapelegens hat die NMB mit ihrem Partner SWMS Systemtechnik Ingenieurgesellschaft im Projekt OptiTape die Legesoftware CAESA um den digitalen Zwilling der FORCE-Placement-Tapelegeanlage erweitert (Bild 5). Damit wird vorab der komplette Legeprozess simuliert und visualisiert. Als Input können die Variablen Laminatdesign, Tapeeigenschaften (etwa Preis, CO2-Footprint der Halbzeuge, Breite), zulässige Toleranzen, Schrägschnitt und eine auf einem Algorithmus basierende Optimierungsstrategie gewählt werden. Je nach gewünschtem Ziel stehen verschiedene Optimierungsalgorithmen zur Verfügung. Es kann nach Emissionen, Kosten oder Legezeit optimiert werden. Dabei wird für das vorgegebene Laminatdesign die optimale Legestrategie ermittelt, visualisiert und validiert. Falls die UD-Tapes noch nicht in einer bestimmten Breite vorliegen, weil beispielsweise eine Mutterspule direkt aus der Produktion zur Verfügung steht, kann die Software auch optimale Tapebreiten für das Schneiden der Mutterspule ermitteln. Die Legeanlage kann parallel zwei verschiedene Tapebreiten verarbeiten oder Werkstoffe in eine Preform legen. Abschließend werden für jedes Bauteil die Legedauer, Ressourcenverbräuche und der Verschnitt angeben.

Optimierung der CO2-Bilanz für das Demonstratorbauteil

Für die Optimierung der CO2-Bilanz wurden zwei Wege verfolgt: Einerseits die Anpassung des Materialmix im Bauteil (Lagenaufbau) und anderseits die energetische Optimierung des Tapelegeprozesses. Beide Faktoren tragen wesentlich zu den Emissionen des reinen CF-Bauteils bei. Beim Lagenaufbau kann durch schmalere Tapes der Verschnitt reduziert werden. Jedoch führt das zu einer längeren Maschinenbelegungszeit und damit auch zu einem höheren Energieverbrauch der Tapelegeanlage, da sich die Nutzungszeit des Vakuumsystems verlängert. Wirtschaftlich wie auch ökologisch ist die optimale Tapebreite ein Kompromiss zwischen geringstem Verschnitt und kürzester Maschinenlaufzeit. Für eine optimierte Ressourceneffizienz des Bauteils wurde die Lagenstruktur durch einen GF-CF-Hybridaufbau optimiert [7]. Während im Ausgangslaminat nur mit CF-Tapes verstärkt wurde, reduziert sich dadurch der Anteil an CF-Tapes auf 16 Gew.-%. Der Rest sind GF-Tapes. Die CF-Tapes werden dabei nur an den hochbelasteten Lastpfaden im Bauteil eingesetzt. Dadurch sinken die Materialkosten um 50 %, die Legezeit um 18 %, während das Bauteilgewicht um 16 % steigt und die Bauteilsteifigkeit je nach Lastfall um 10 bis 30 % vermindert wird.

Ergänzend zur Materialsubstitution wurden von der NMB erste energetische Optimierungen an der Tapelegeanlage durchgeführt. Die Unterdrucksysteme werden nur noch in den benötigten Bereichen eingesetzt. Außerdem kann bei Tapes mit geringen Eigenspannungen weniger Unterdruck für das Ansaugen der Tapes verwendet werden. Ergänzend kann auf dem großen Legetisch ein Nesting für den Aufbau von bis zu vier parallelen Preforms erfolgen. In Summe ließen sich dadurch die CO2-Äquivalente je Bauteil um 47 % von 17 auf 9 kg senken (Bild 6). Nach den Optimierungen dominieren den Energieverbrauch im Prozess nun die Tapelegeanlage mit 27 % und die Spritzpresse mit 25 % gefolgt von den CF-Tapes mit 14 %. Vergleicht man die addierten Anteile an den CO2-Emissionen, tragen die Werkstoffe durch ihre Herstellung mit 41 % und die Verarbeitung mit 58 % zu den Gesamtemissionen des Leichtbauteils bei. Daraus lässt sich für weitere Forschungsarbeiten das klare Ziel ableiten, die Overmolding-Prozesskette energetisch weiter zu optimieren, um den CO2-Verbrauch von Leichtbauteilen in der Produktion zu minimieren.

Die Ergebnisse zeigen, dass zur Minimierung des CO2-Fußabdrucks von Leichtbauteilen auf Basis von thermoplastischen UD-Tapes, zwei wesentliche Punkte zu beachten sind: Materialeinsparpotenziale (Verschnitt, lastangepasste Hybridstrukturen) müssen konsequent genutzt und der Fertigungsprozess energetisch optimiert werden. Die Kombination aus digitalem Zwilling und LCA-Modell des Herstellungsprozesses ermöglicht es bereits früh in der Bauteilentwicklung, ökonomische und ökologische Aspekte zu optimieren. Die NMB unterstützt interessierte Firmen bei der Entwicklung von maßgeschneiderten Lösungen für nachhaltigere FVK-Leichtbaustrukturen.

[1] Klimabilanz von Elektroautos-Einflussfaktoren und Verbesserungspotenzial. Agora Verkehrswende, Berlin 2019

[2] EN ISO 14040:2006: Umweltmanagement – Ökobilanz – Grundsätze und Rahmenbedingungen. Beuth, Berlin 2021

[3] EN ISO 14044:2006 + A1:2018: Umweltmanagement – Ökobilanz – Anforderungen und Anleitungen. Beuth, Berlin 2021

[4] Mühlbacher, M.; Altstädt, V.; Spörrer A.; Michel, P.; Seidel, S.: Großserientauglicher Hochleistungsleichtbau. Kunststoffe 102 (2012) 5, S. 53–58

[5] Kropka, M.; Mühlbacher, M.; Neumeyer, T.; Altstädt, V.: Faserverbundbauteile im Minutentakt: Großserientaugliche Prozesskette vom UD-Tape zum thermoplastischen Composite-Produkt aus einer Hand. Kunststoffe 106 (2016) 10, S. 164–168.

[6] Lengsfeld, H.; Lacalle, J.; Neumeyer, T.; Altstädt, V.: Faserverbundwerkstoffe: Prepregs und ihre Verarbeitung. 2. Aufl. Carl Hanser Verlag, München 2020

Neue Materialien Bayreuth GmbH  

https://www.nmbgmbh.de

Ausgabenartikel KU02-22

Bild 6. Durch den Ersatz der CF-Tapes durch GF-CF-Hybrid-Varianten und die energetische Optimierung des Herstellungsprozesses lässt sich der CO2-Fußabdruck des Demonstratorbauteils um insgesamt 47 % reduzieren. Das Beispiel verdeutlich das große Einsparpotenzial durch Anpassungen bei den Materialien und der Herstellung.

Bild 1. Leichtbau vs. konventionelle Bauweise: Schematische Darstellung des Energiebedarfs für Leichtbaulösungen im Vergleich zu konventionellen Lösungen in der Herstellung sowie anschließenden Nutzungsphase.

Bild 2. Die FORCE Prozesskette ermöglicht die Herstellung funktionsintegrierter Faserverbundkunststoffbauteile im industriellen Maßstab auf Basis von UD-Tapes in kurzen Zykluszeiten.  

Bild 3. Das Flussdiagramm zeigt die im Betrieb gemessenen Medienflüsse in der FORCE-Prozesskette zur Produktion von Bauteilen aus Faserverbundkunststoffen und den gewählten Untersuchungsrahmen. 

Bild 4. Demonstratorbauteil gefertigt mit Laminaten aus Gewebe-Organoblechen und UD-Tapes (CF oder GF-CF-Hybrid)

Bild 5. Der digitale Zwilling der FORCE-Placement Tapelegeanlage auf Basis der CAESA-Software ermöglicht Optimierungen hinsichtlich Wirtschaftlichkeit und Nachhaltigkeit in der frühen Produktphase.

KU 2-22_NMB - Hauptartikel

Dipl.-Ing. Mathias Mühlbacher ist Teamleiter Faserverbundwerkstoffe und stellvertretender Bereichsleiter Kunststoffe bei der Neue Materialien Bayreuth GmbH (NMB); <a href="mailto:mathias.muehlbacher@nmbgmbh.de">mathias.muehlbacher@nmbgmbh.de</a> B. Sc. Kathrin Kirchmeier hat sich bei der NMB im Rahmen ihrer Bachelorarbeit mit dem Thema Nachhaltigkeitsbewertung der Fertigung thermoplastischer Faserverbundbauteile beschäftigt. Dr. Thomas Neumeyer leitet den Geschäftsbereich Kunststoffe der NMB. Prof. Volker Altstädt war bis 2021 Geschäftsführer der NMB.

Die Autoren bedanken sich bei den Projektpartnern Brose Fahrzeugteile, Rehau Automotive und SWMS Systemtechnik Ingenieurgesellschaft für die gute Zusammenarbeit, dem Bayerischen Staatsministeriums für Wirtschaft, Landesentwicklung und Energie (StMWi Bayern) für die Förderung von „2DMultiMat“ (Förderkennzeichen: NW-1506-0008), dem Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz für die Förderung von „OptiTape“ (Förderkennzeichen: ZF4064612PO8) sowie dem StMWi Bayern sowie der Europäischen Union für die Institutionelle Förderung der NMB.