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28.02.2019

Nominiert für den JEC World Innovation Award sind ...

Vorstellung der 30 Nominierungen in den zehn Kategorien

  • Kategorie Luft- und Raumfahrt - Anwendung: "Querruder-Verbundstruktur in einem Schritt gehärtet" (© Compo Tech Plus SPOL. s.r.o.)

    Kategorie Luft- und Raumfahrt - Anwendung: Querruder-Verbundstruktur in einem Schritt gehärtet (© Compo Tech Plus)

  • Kategorie Luft- und Raumfahrt - Anwendung: "Primärstruktur für Höhenforschungsraketen" (© DLR)

    Kategorie Luft- und Raumfahrt - Anwendung: Primärstruktur für Höhenforschungsraketen (© DLR)

  • Kategorie Luft- und Raumfahrt - Anwendung: "Spritzgießen von Zahnrädern auf CF-PAEK Antriebswellen" (© Herone)

    Kategorie Luft- und Raumfahrt - Anwendung: Spritzgießen von Zahnrädern auf CF-PAEK Antriebswellen (© Herone)

  • Kategorie Luft- und Raumsfahrt - Verfahren: "A+ Glide Forming: Automatisierter Fertigungsprozess" (© Applus+ Laboratories)

    Kategorie Luft- und Raumfahrt - Verfahren: A+ Glide Forming: automatisierter Fertigungsprozess (© Applus+ Laboratories)

  • Kategorie Luft- und Raumfahrt - Verfahren: "Vollständig FST-konforme 16G Aero-Sitzlehne aus Verbundmaterial" (© Cecene)

    Kategorie Luft- und Raumfahrt - Verfahren: Vollständig FST-konforme 16G Aero-Sitzlehne aus Verbundmaterial (© Cecene)

  • Kategorie Luft- und Raumfahrt - Verfahren: "Null-Fehler-Fertigungsprozess" (© Profactor GmbH)

    Kategorie Luft- und Raumfahrt - Verfahren: Null-Fehler-Fertigungsprozess (© Profactor)

  • Kategorie Automobil - Anwendung: "Patch aus Verbundstoff für verbesserte NVH-Leistung" (© Hexcel)

    Kategorie Automobil - Anwendung: Patch aus Verbundstoff für verbesserte NVH-Leistung (© Hexcel)

  • Kategorie Automobil - Anwendung: "Leichter Carbonboden LCF" (© Kandge Composites)

    Kategorie Automobil - Anwendung: Leichter Carbonboden LCF (© Kandge Composites)

  • Kategorie Automobil - Anwendung: "Führungsschienen aus Verbundmaterial für ein Rollladen-Schiebedach" (© Polyscope Polymers)

    Kategorie Automobil - Anwendung: Führungsschienen aus Verbundmaterial für ein Rollladen-Schiebedach (© Polyscope Polymers)

  • Kategorie Automobil - Prozess: "Schnelle Herstellung von komplexen TP-Verbundwerkstoffen" (© Evopro Systems Engineering)

    Kategorie Automobil - Prozess: Schnelle Herstellung komplexer TP-Verbundwerkstoffe (© Evopro Systems Engineering)

  • Kategorie Automobil - Prozess: "Entwicklung der Lackierung von CFK-Karosserieteilen" (© Hyundai Motor Group)

    Kategorie Automobil - Prozess: Entwicklung der Lackierung von CFK-Karosserieteilen (© Hyundai Motor Group)

  • Kategorie Automobil - Prozess: "Fiberject - 3D thermoplastische kosmetische Carbonteile aus thermoplastischen Kunststoff" (© Mubea Carbo Tech)

    Kategorie Automobil - Prozess: Fiberject - 3D thermoplastische kosmetische Carbonteile aus thermoplastischem Kunststoff (© Mubea Carbo Tech)

  • Kategorie Bauwesen & Infrastruktur: "Biegbare TP-Verbundbewehrungen für Beton" (© Arkema)

    Kategorie Bauwesen & Infrastruktur: Biegbare TP-Verbundbewehrungen für Beton (© Arkema)

  • Kategorie Bauwesen & Infrastruktur: "Beitrag der Nanotechnologie zu Verbundwerkstoffen" (© Arkema

    Kategorie Bauwesen & Infrastruktur: Beitrag der Nanotechnologie zu Verbundwerkstoffen (© Arkema)

  • Kategorie Bauwesen & Infrastruktur: "Deichstabilisierungssystem aus Verbundwerkstoffen" (© Solico Engineering)

    Kategorie Bauwesen & Infrastruktur: Deichstabilisierungssystem aus Verbundwerkstoffen (© Solico Engineering)

  • Kategorie Nachhaltigkeit: "Soluboard" (© Jiva Materials)

    Kategorie Nachhaltigkeit: Soluboard (© Jiva Materials)

  • Kategorie Nachhaltigkeit: "Serienproduktion von biobasierten Verbundwerkstoffen" (© Porsche)

    Kategorie Nachhaltigkeit: Serienproduktion biobasierter Verbundwerkstoffe (© Porsche)

  • Kategorie Nachhaltigkeit: "Bio4Self - Selbstverstärkte PLA-Verbundwerkstoffe" (© Technische Universität Dänemark)

    Kategorie Nachhaltigkeit: Bio4Self - selbstverstärkte PLA-Verbundwerkstoffe (© Technische Universität Dänemark)

  • Kategorie Sport & Gesundheit: "FMC für die KTM Carbon-Verbundplatte" (© KTM-Technologies)

    Kategorie Sport & Gesundheit: FMC für die KTM Carbon-Verbundplatte (© KTM-Technologies)

  • Kategorie Sport & Gesundheit: "Kohlefasergriff für Blindenhunde" (© Thomas Lenden/Refitech Composites)

    Kategorie Sport & Gesundheit: Kohlefasergriff für Blindenhunde (© Thomas Lenden/Refitech Composites)

  • Kategorie Sport & Gesundheit: "Torayca ET40 Prepreg mithervorragender Formbarkeit" (© Toray Industries)

    Kategorie Sport & Gesundheit: Torayca ET40 Prepreg mit hervorragender Formbarkeit (© Toray Industries)

  • Kategorie 3D-Druck: "CFAM Prime" (© CEA)

    Kategorie 3D-Druck: CFAM Prime (© CEA)

  • Kategorie 3D-Druck: "Optimierte 3D-gedruckte interne Trägerstruktur" (© Compo Tech Plus)

    Kategorie 3D-Druck: Optimierte 3D-gedruckte interne Trägerstruktur (© Compo Tech Plus)

  • Kategorie 3D-Druck: "Kontinuierlicher faserbasierter 3D-Druck" (© Continuous Composites)

    Kategorie 3D-Druck: Kontinuierlicher faserbasierter 3D-Druck (© Continuous Composites)

  • Kategorie Land Transportation: "Bahnsitz-Chassis aus einem biobasierten Prepreg" (© Composites Evolution)

    Kategorie Land Transportation: Bahnsitz-Chassis aus einem biobasierten Prepreg (© Composites Evolution)

  • Kategorie Land Transportation: "Kühlanhänger aus geformtem Verbundwerkstoff" (© Saertex)

    Kategorie Land Transportation: Kühlanhänger aus geformtem Verbundwerkstoff (© Saertex)

  • Kategorie Land Transportation: "Accum: Universeller Verbund-Fahrleitungsausleger" (© Stratiforme Industries)

    Kategorie Land Transportation: Accum: Universeller Verbund-Fahrleitungsausleger (© Stratiforme Industries)

  • Kategorie Industrie & Ausrüstung: "Ultraschnelles Consolidator-Maschinensystem" (© AZL Aachen)

    Kategorie Industrie & Ausrüstung: Ultraschnelles Consolidator-Maschinensystem (© AZL Aachen)

  • Kategorie Industrie & Ausrüstung: "Fräswerkzeug und Werkzeughalter aus einem Verbundwerkstoff" (© Compo Tech Plus)

    Kategorie Industrie & Ausrüstung: Fräswerkzeug und Werkzeughalter aus einem Verbundwerkstoff (© Compo Tech Plus)

  • Kategorie Industrie & Ausrüstung: "Digitale Verbundwerkstoff-Fertigungslinie" (© Airborne)

    Kategorie Industrie & Ausrüstung: Digitale Verbundwerkstoff-Fertigungslinie (© Airborne)

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In den letzten 15 Jahren wurden 177 Unternehmen und 433 Partner mit dem JEC Innovations Award als „Composite Champions“ ausgezeichnet. 2019 wählte eine internationale Jury aus mehr als 100 Bewerbungen 30 Finalisten aus, die wir Ihnen im Folgenden vorstellen.

Kategorie Luft- und Raumfahrt - Anwendung


Querruder-Verbundstruktur in einem Schritt gehärtet (Bild 1)

Nominiert für den JEC Innovation Award: Compo Tech Plus SPOL, s.r.o. (Tschechien)

Assoziierter Partner: Aero Vodochody Aerospace a.s. (Tschechien)

Die Innovation ist ein Anwendungsprozess für das Roboter-gestützte Wickeln und Verlegen von Fasern für die automatisierte Produktion von Flügelstrukturen. Bei diesem Verfahren werden mit axialen Fasern verschiedene Formprofile gewickelt, die die Bündel der Box bilden. Die Kastenträger bilden zusammen das Profil des Flügelabschnitts.

Vor dem Härten werden die Außenschichten mit den noch vorhandenen Geräten umwickelt, wodurch die inneren Träger verfestigt und die Form des Querruders gebildet wird. Die Außenfläche wird dann mit einer flexiblen Vakuumform bei Raumtemperatur gepresst und das Teil in einem Durchgang vulkanisiert, ohne dass Sekundärteile miteinander verklebt werden. Anschließend wird die Oberfläche veredelt.

Vorteile:

  • robuste und zuverlässige Struktur
  • keine Sekundärverklebung
  • durchgehende Außenhaut
  • einstufiger Prozess für Produktion und Härtung
  • Produktionsprozess automatisierbar

Primärstruktur für Höhenforschungsraketen (Bild 2)

Nominiert für den JEC Innovation Award: DLR Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. (Deutschland)

Assoziierter Partner: AFPT GmbH (Deutschland)

Ein automatisierter Faserplatzierungsprozess (AFP) mit kohlefaserverstärkten thermoplastischen (CF-PEEK) Bändern wurde zur Herstellung einer Primärstruktur für Höhenforschungsraketenmissionen verwendet. Dieses Teil ersetzt ein herkömmliches metallisches Bauteil und trägt so zu einem verstärkten Einsatz von Verbundwerkstoffen in Raumfahrtanwendungen bei. Im Gegensatz zu anderen AFP-Verfahren, die thermoplastische Kunststoffe verwenden, war kein Nachverfestigungsprozess erforderlich, um die strukturelle Integrität zu gewährleisten.

Dieses einstufige (in-situ) Herstellungsverfahren ist seit Langem ein Ziel in der thermoplastischen Industrie, wodurch teure und zeitaufwendige Vakuumverpackungsprozesse entfallen. Das Verfahren zur Herstellung dieses Bauteils weist auch einen signifikanten Vorteil gegenüber Wickelprozessen auf, bei denen Roving-Verkreuzungen zu Faserwellen und damit zu geringerer Steifigkeit und Festigkeit führen. Stattdessen wurden hervorragende geometrische Toleranzen und eine hohe Verdichtungsqualität zwischen den Lagen erreicht.

Dies wurde durch zerstörungsfreie Ultraschall-, Röntgen- und Infrarot-Thermografie-Prüfungen bestätigt. Die Übertragung der Betriebslasten auf die Struktur erfolgt über HI-LOK-Schraubniete, wobei die Qualifikationsprüfungen unter Druck-, Biege- und Scherbedingungen im Jahr 2018 erfolgreich abgeschlossen wurden. Mit dem bevorstehenden Starttermin im Rahmen der DLR-ATEK-Mission (VSB-30) hat sich dieses Bauteil als ein, wenn nicht gar das erste, in-situ-AFP-produziertes Bauteil, das eine wichtige Rolle im realen Flug spielt, erfolgreich in der Geschichte etabliert.

Vorteile:

  • optimiertes anisotropes Strukturverhalten
  • Gewichtsreduzierung führt zu Kraftstoff- und Kosteneinsparungen
  • in-situ-thermoplastisches AFP-Verfahren mit minimaler Produktionszeit

Spritzgießen von Zahnrädern auf CF-PAEK Antriebswellen (Bild 3)

Nominiert für den JEC Innovation Award: Herone (Deutschland)

Assoziierte Partner: TU Dresden (Deutschland), Victrex Europa GmbH (Deutschland)

Das vollthermoplastisch verzahnte CF-PAEK-Antriebswellensystem (z.B. für Türschließmechanismen in einem Flugzeug) ist der Machbarkeitsnachweis für die Funktionalisierung von CF-PAEK-Hohlprofilen mit CF-PEEK unter Verwendung der von Herone entwickelten Spritzgießtechnik. Im ersten Prozessschritt werden thermoplastische UD-Bänder geflochten, um angepasste Bandvorformen, sogenannte OrganoTubes, zu laden. Durch die Verwendung von vollverfestigten thermoplastischen UD-Bändern wird der anspruchsvolle und zeitaufwendige Schritt der Faserimprägnierung bereits vor dem Vorformen abgeschlossen.

Dies erhöht die Prozesseffizienz deutlich und garantiert höchste Qualität für den Wellenkörper. Darüber hinaus ermöglicht das Flechten hohe Abscheidungsraten und macht das Verfahren somit für die industrielle Großproduktion geeignet. Die CF-PAEK organoTubes werden anschließend mit der einzigartigen Formtechnologie von Herone zu konsolidierten Antriebswellenkörpern geformt. Im zweiten Schritt werden die Zahnräder auf den verdichteten Antriebswellenkörper gespritzt. Unter Ausnutzung der Wärme und des Drucks der Spritzgussmasse wird die Antriebswelle thermogeformt, um eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Verbundwellenkörper und dem Spritzgussgetriebe herzustellen.

Dabei wird die kohäsive Verbindung zwischen Verbundkörper und Getriebe durch eine zusätzliche Formschlusssicherung verstärkt. Die Antriebswelle besteht aus Victrex UD-Schlitzband auf Basis des neuen PAEK-Polymers VICTREX AE 250 mit einer um 40 K niedrigeren Schmelztemperatur als herkömmliches PEEK. Das Getriebe besteht aus dem kurzen kohlefaserverstärkten PEEK 90HMF40 von Victrex. Die Auswahl eines Materials mit einer Differenz von 40 K in den Schmelztemperaturen macht es überflüssig, die Welle vor dem Spritzgießen über ihre Schmelztemperatur vorzuwärmen. Dadurch werden Ressourceneffizienz, Prozesssicherheit und Schnittstellenstärke enorm verbessert.

Vorteile:

  • höchste Teilequalität durch textile Vorformung von UD-Bändern (Porosität < 0,5%)
  • neue Konsolidierungstechnologie ermöglicht kurze Zykluszeiten (15 min)
  • Spritzgießen ermöglicht integrale Bauteilgestaltung für vollthermoplastische Lösung
  • integriertes Design für reduzierte Teileanzahl und Montagekosten
  • Leistungssteigerung durch Kombination von kohäsiver Bindung und Formschluss

Kategorie Luft- und Raumfahrt - Verfahren


A+ Glide Forming: automatisierter Fertigungsprozess (Bild 4)

Nominiert für den JEC Innovation Award: Applus+ Laboratories (Spanien)

Neue Verbundwerkstoff-Flugzeugstrukturen bestehen aus Platten, die mit Längsträgern, entweder Rahmen oder Rippen, verstärkt sind. Typische Rumpfstringer sind Omega-Profile, während T-Stringer eher in den Tragflächen eingesetzt werden. Stringers sind in der Regel lange, schmale Teile. Rumpfstringer können vier bis zwölf Meter lang sein, Flügelstringer bis 40 Meter in einem großen Flugzeug.

Die Technologie A+ Glide Forming wurde entwickelt, um lange und gebogene Stringer aus flachen, volldicken Prepreg-Layups zu bilden, die auf ATL- oder AFP-Maschinen (ATL: Automated Tape Lay-up; AFP: Advanced Fibre Placement) hergestellt werden. Diese innovative Technologie kann verwendet werden, um gebogene Stringer mit unterschiedlichen Abschnitten, Längen, Dicken und Krümmungen mit einer einzigen Maschine zu formen, die verschiedene Werkzeuge aufnehmen kann.

Vorteile:

  • neuer Prozess kann hochwertige langgezogene Teile „faltenfrei“ formen (hohe Qualität)
  • große Flexibilität, da eine Maschine viele verschiedene Stringer herstellen kann
  • hohe Kosteneffizienz und Produktivität
  • sehr einfaches Werkzeug, Verfahren kommt ohne Werkzeugheizung aus (Energieeinsparungen)

Vollständig FST-konforme 16G-Aero-Sitzlehne aus Verbundmaterial (Bild 5)

Nominiert für den JEC Innovation Award: Cecence (UK)

Assoziierte Partner: Acro Aircraft Seating LTD (UK), FTI (UK)

Cecence hat bewiesen, dass es möglich ist, eine voll konforme, leichte Sitzlehne aus Kohlefaser-Verbundwerkstoff im Heißprägeverfahren herzustellen, die die FST-Anforderungen erfüllt und 16 G HIC erreicht. Diese Rückenlehne ist integraler Bestandteil des von Acro für die Airbus-Linie zugelassenen Sitzes und ist nun in Betrieb. Der Flugzeugführer hat ein Produkt, das ästhetisch ansprechend und glatt ist und das Gewichtsziel erreicht.

Das Material hat es den Konstrukteuren von Acro ermöglicht, Formen zu schaffen, die in Metall nicht möglich gewesen wären. Dies spart Platz und erhöht den Komfort für die Passagiere. Der technologische Durchbruch liegt sowohl im Rapid-Manufacturing-Prozess als auch in der daraus resultierenden Rückenlehne, bei der die FST-Konformität in das Strukturbauteil eingebaut ist und nicht auf zusätzliche Abdichtungen als Brandschutzbarriere angewiesen ist.

Cecence hat viel in die frühe Phase der Forschung und Entwicklung sowie die Gestaltung und Konstruktion eines Strukturmaterials investiert, das FST-konform sowie einfach und schnell zu verarbeiten ist und eine ausgezeichnete Oberflächenbeschaffenheit hat. Das Unternehmen hat eng mit dem Prepreg-Hersteller FTI zusammengearbeitet, um die Auswahl und Ausrichtung der Kohlefasern von Cecence mit einem arbeitsplatzfreundlichen 0%-Formaldehyd-Phenolharz-System zu kombinieren.

Vorteile:

  • geringe Verschwendung durch sehr wenig Einsatz von Verbrauchsmaterialien
  • Heißpressen von schnell aushärtenden Materialien reduziert die Herstellungskosten
  • Phenol- und Bio-Harz-Systeme sind kostengünstiger als Epoxid-Systeme
  • durch Potenzial für die Netzformung entfällt die Weiterverarbeitung
  • Annäherung an One-Shot-Molding eines kompletten Bauteils

Null-Fehler-Fertigungsprozess (Bild 6)

Nominiert für den JEC Innovation Award: Profactor GmbH (Österreich)

Assoziierte Partner: Airbus Defence and Space GmbH (Deutschland), Danobat (Spanien), Dassault Systemes SA (Frankreich), FIDAMC- Fundación para la Investigación, Desarrollo y Aplicación de Materiales Compuestos (Spanien), IDEKO S. COOP (Spanien), InFactory Solutions GmbH (Deutschland), M. Torres Diseños Industriales SA (Spanien), Profactor GmbH (Österreich)

Das Herzstück des Null-Fehler-Herstellungsprozesses sind die automatisierte Trockenfaserplatzierung (DFP) und die automatisierte Trockenmaterialplatzierung- (ADMP) Lay-up-Prozesse und die anschließenden Infusions- und Aushärtungsprozesse. Die Verarbeitungskette besteht aus vier Schritten:

  1. Ein Inline-Qualitätskontrollsystem scannt das verlegte Material während des Verlegeprozesses und gibt ein sofortiges Feedback über eventuell vorhandene Qualitätsprobleme. Nach Fertigstellung der Schicht kann der Maschinenbediener bei Bedarf sofort eine Nachbearbeitung einleiten oder mit der nächsten Schicht fortfahren. Eine manuelle Inspektion nach jeder Schicht ist nicht erforderlich.
  2. Die Prozessüberwachung während des Infusions- und Aushärtungsprozesses erzeugt Informationen, die noch nicht direkt gesteuert werden können. Durch die Integration eines Sensors kann die Flow-Front während der Infusion, Temperatur und Aushärtungszustand über den gesamten Sensor gemessen werden (nicht nur in einzelnen Positionen). Dies ermöglicht eine detaillierte Analyse des Prozesses, sodass er zum richtigen Zeitpunkt gestoppt werden kann.
  3. Die Fehlerdaten werden in einer „Fertigungsdatenbank“ gesammelt, die dann mit Finite-Elemente-Verfahren (FEM) verarbeitet werden, um die Auswirkungen von Fehlern auf die mechanische Festigkeit des Teils zu berechnen. Dies ermöglicht eine Beurteilung des hergestellten Teils und liefert wichtige Inputs für Nachbearbeitungsprozesse.
  4. Ein Entscheidungshilfe-Tool fasst alle oben genannten Datenquellen zusammen und kombiniert sie mit einer logistischen Teilstromsimulation. Diese Informationen werden dem Bediener zur Verfügung gestellt, um ihm bei der Entscheidung über verschiedene Nacharbeitsstrategien zu helfen. Durch diese Prozessüberwachungsschritte kann eine Vielzahl typischer Fehler erkannt und bei Bedarf nachbearbeitet werden, sodass bei der Endkontrolle deutlich weniger Fehler auftreten.

Vorteile:

  • während der endgültigen NDT treten keine (oder wesentlich weniger) Fehler auf
  • deutliche Produktivitätssteigerung während des Lay-ups durch automatisierte Inspektion
  • optimierte Infusions- und Aushärtungsprozesse durch direkte Sensorrückmeldung
  • qualifizierte Entscheidungen über Nacharbeit auf Grundlage der Analyse des hergestellten Teils
  • globale Sicht auf den Gesamtprozess mithilfe der Teiledurchflusssimulation

Kategorie Automobil - Anwendung


Patch aus Verbundstoff für verbesserte NVH-Leistung (Bild 7)

Nominiert für den JEC Innovation Award: Hexcel (UK)

Assoziierter Partner: Saint Jean Industries (Frankreich)

Hexcel und Saint Jean Industries haben gemeinsam eine Lösung zur Verbesserung der Geräusch- und Schwingungsleistung (NVH) bei EV (Electric Vehicles) gefunden, das gleichzeitig das Steifigkeits-Gewichts-Verhältnis des leichten Aluminium-Unterrahmens erhält.

Mit einer Simulationssoftware hat Hexcel Carbon-Patches entwickelt, um Aluminiumteile lokal zu verstärken und zusätzliche Funktionen für das Geräusch- und Vibrationsmanagement bereitzustellen. Die HexPly Prepreg-Patches bestehen aus unidirektionalen Kohlefasern und einer Epoxid-Matrix. Dieses schnellhärtende Prepreg verbindet sich in einem einstufigen Prozess mit dem Metall. Die ausgehärteten Teile halten den extremen Temperatur- und Feuchtigkeitsbedingungen problemlos stand, denen die Teilrahmen ausgesetzt sind. Das Harz härtet in zwei Minuten bei 170 °C und einer Glasübergangstemperatur von 145 °C aus. Ein leichter Glasschleier zwischen Aluminium und Carbon verhindert jegliche galvanische Korrosion. Saint Jean Industries hat die neue Technologie an einem 18,5 kg schweren Aluminium-Teilrahmen aus einem Serienfahrzeug getestet.

Es wurde eine Modalanalyse über den Frequenzbereich des Teilrahmens durchgeführt, die die verschiedenen Motortypen über den gesamten Geschwindigkeitsbereich des Fahrzeugs abgedeckt hat. Basierend auf der SJI-Analyse hat Hexcel die erforderlichen Kohlenstoffschichten und -ausrichtungen berechnet und die mechanische Leistung in Bezug auf das Schwingungsverhalten optimiert.

Auch die Geometrie und Position der Verstärkungsfelder auf dem Bauteil wurden in Schwingungssimulationen untersucht. Insgesamt wurden 500 g Verbundwerkstoff in die Struktur eingebracht. Einmal versteift, wurde der Demonstrator erneut auf dem Prüfstand getestet. Er zeigte eine signifikante Veränderung der Eigenfrequenzen von 10 bis 25 Hz. Aus der Betrachtung der Testergebnisse lässt sich schließen, dass die Verwendung der Hexcel-Prepreg-Patches die Schwingungseigenschaften des Hilfsrahmens positiv verändert und hilft, die NVH-Leistung und das Gewicht des Bauteils zu kontrollieren.

Vorteile:

  • bessere NVH-Leistung (Noise and Vibration)
  • optimiertes Steifigkeits-Gewichts-Verhältnis
  • geringere Produktionskosten und höhere Produktionsflexibilität
  • erhöhter Fahrerkomfort
  • Energieeinsparungen

Leichter Carbonboden LCF (Bild 8)

Nominiert für den JEC Innovation Award: Kandge Composites CO., LTD. (China)

Assoziierte Partner: Kangde Composites Co., Ltd (China), KDX Europe Composites R&D Center GmbH (Deutschland), KDX Roding Europe Automobile Design Center GmbH (Deutschland), NIO (Deutschland)

Der NIO Lightweight Carbon Floor (LCF) ist ein Verbundmodul, das eine hohe Funktionsintegration mit Kosteneffizienz bei hohen Stückzahlen verbindet. Der LCF verstärkt das gesamte hintere Ende der BiW-Struktur und besteht aus drei Hauptbaugruppen aus CFK.

Der Entwurf konzentrierte sich auf vier Aspekte:

  1. Funktionsintegration: Die LCF deckt die kritischsten Lastfälle und Anforderungen von der Steifigkeit/NVH über die Crashsicherheit bis hin zu Dauerlastfällen ab.
  2. Lastwegoptimiertes Design: Aus funktionalen Anforderungen abgeleitete Layup-Optimierungsschleifen erzielen eine bessere Leichtbauleistung.
  3. Produktionsbasiertes Design: Die Designrichtlinien wurden von Anfang an berücksichtigt, um eine reibungslosere Produktionsphase mit modernster WCM-Technologie zu ermöglichen.
  4. Multi-Material-Design: Die LCF des NIO ES6 ist in eine gesamte Aluminium-BiW-Struktur eingebettet. Herausforderungen wie unterschiedliche thermische Dehnungen zwischen Kohlefaser und Aluminium, Kontaktkorrosion, Klebeverbindung (zwei Typen), Einsätze, Verbindungsbolzen und Verbindungselemente wurden durch CAE und physikalische Tests verwaltet und validiert.

Modernste Fasern (50K, hochfestes CF), Textilien (150/300 g/m2 UD-NCF) und Harzsysteme (schnellärtendes 2K EP) wurden für den besten Kompromiss aus Wirtschaftlichkeit und mechanischen Eigenschaften ausgewählt. Die mehrstufige Validierung wurde von der Material-/Kuponebene über die Komponente und das Subsystem bis zur System-/Fahrzeugebene abgeschlossen.

Die Verarbeitungs- und Montagelösung ist kostengünstig durch kontinuierliche Prozessoptimierung und einen vollautomatischen Prozess für die Teilefertigung und Fahrzeugmontage (Klebstoffauftrag, Bauteilplatzierung und IR-Härtung). Hinzu kommen geringere Lohn- und Energiekosten und die Effizienz der intelligenten Fertigungsplattform Industry 4.0 (Kangde Group), die den Prozess unter Verwendung der erzeugten Produktionsdaten kontinuierlich verbessert.

Vorteile:

  • hohe Kosteneffizienz durch endkonturnahe Fertigung; Reduzierung der Werkzeugbau- und Prozesskosten
  • hohe Torsionssteifigkeit, 5-Sterne-NCAP-Sicherheit und verbesserte Haltbarkeit
  • mehr als 30% Gewichtseinsparung gegenüber Aluminiumbauteil
  • niedrige Zykluszeit (2,5 min) und vollautomatischer Prozess; Prozessniveau von JPH 20/h
  • Engineering bis zur Produktion; Skizze bis zur SOP; globale Lieferanten

Führungsschienen aus Verbundmaterial für ein Rollladen-Schiebedach (Bild 9)

Nominiert für den JEC Innovation Award: Polyscope Polymers (Niederlande)

Traditionelle Führungsschienen aus stranggepresstem Aluminiumprofil für Schiebedächer erfordern zusätzliche Zeit und Arbeit, um die Montage der Schiebedach-Teilelemente abzuschließen, bevor das System auf dem Dach des Fahrzeugs am Fließband montiert wird. Nun ist ein vorgetestetes Modul verfügbar, das in einem einzigen Schritt robotergestützt installiert werden kann.

Die Verbundschienen werden aus einem 15%-glasfaserverstärkten Styrol-Maleinsäureanhydrid/Acrylnitril-Butadien-Styrol (SMA/ABS-GF)-Verbund gespritzt, um genaue Abmessungen, enge Toleranzen, gute Steifigkeit und Festigkeit sowie eine ausgezeichnete Haftung mit Metall- und Glasunterkonstruktionen über einen Polyurethan- (PUR-) Strukturkleber zu erreichen.

Vorteile:

  • Steckbaugruppe wird von einem einstufigen Roboter installiert und eliminiert zwei bis drei Montageschritte
  • größeres Platzangebot im Kopfbereich der Insassen
  • durch modulare Form werden ca. 20% Werkzeug- und Produktionskosten gespart

Kategorie Automobil - Prozess


Schnelle Herstellung komplexer TP-Verbundwerkstoffe (Bild 10)

Nominiert für den JEC Innovation Award: Evopro Systems Engineering Kft. (Ungarn)

Assoziierte Partner: eCon Engineering Kft. (Ungarn), HD Composite Zrt. (Ungarn), Budapester Universität für Technologie und Wirtschaft, Fakultät für Maschinenbau (Ungarn), Ungarische Akademie der Wissenschaften, Forschungszentrum für Naturwissenschaften (Ungarn)

Das F&E-Programm von Evopro konzentriert sich auf die schnelle und automatisierte Verbundwerkstoffproduktion für Automobilanwendungen. Das Unternehmen hat die T-RTM-Technologie zur Herstellung von Strukturverbundbauteilen auf Basis einer PA-6-Matrix umfassend entwickelt. Ziel war es, den T-RTM-Prozess mit In-situ-Polymerisation von E-Caprolactam nach den Prinzipien von Industrie 4.0 einzusetzen und durch vollautomatisches Vorformen zu unterstützen.

Die Technologie ist bereits bei der Anwendung von Overmoulding/Hinterspritzen bekannt. Darüber hinaus hat Evopro im Rahmen wichtige Schritte unternommen, um homogene, auf PA-6-Schalen basierende Sandwichstrukturen zu schaffen und PA-6-In-Mould-Coating einzusetzen, um eine nahezu Class-A-Oberfläche auf dem Produkt zu erzeugen.

Sandwichstrukturen sind sehr wichtig für die hohe Maßhaltigkeit von Verbundteilen mit geringer Dichte. Als Kernmaterialien werden in der Regel geschlossenzellige Schaumstoffe aus PES, PET, PVC oder PU sowie Balsaholz oder Waben verwendet.

Die Anwendung dieser Kernmaterialien erschwert das Recycling von PA-6-basierten Verbundwerkstoffen. Mit der neuen Lösung können PA-6-Schaumkerne verwendet werden, um homogene Sandwichstrukturen für eine optimale Recyclingfähigkeit zu schaffen, die ein Schlüsselfaktor für Automobilanwendungen ist.

Die Oberflächenqualität von kontinuierlichen faserverstärkten thermoplastischen Verbundwerkstoffen erlaubt aufgrund der Polymerschrumpfung und der Faserdurchdringung keine Anwendung auf sichtbaren Oberflächen. Die In-Mould-Technologie ist beispielsweise bei SMC und anderen Verfahren auf Basis duroplastischer Materialien eine bekannte Lösung. Die Anwendung einer duroplastischen Beschichtung erlaubt wegen des inhomogenen Materialkomplexes allerdings kein Recycling der PA-6-Verbundbauteile. Mit dem Evopro-Verfahren kann eine Oberflächenbeschichtung auf PA-6-Basis auf entsprechenden Verbundbauteilen mit In-Mould-Beschichtung erzeugt werden und ermöglicht den Einsatz verschiedener Füllstoffe, Pigmente und Additive.

Vorteile:

  • recycelbare, homogene PA-6-Verbundwerkstoff in Sandwich-Struktur für hohe Steifigkeit
  • recycelbarer, homogener PA-6-beschichteter Verbundwerkstoff für Oberflächen nahe Klasse A
  • automatisierte, schnelle Produktion mit digital vernetzter Fertigung
  • bessere Funktionsintegration der Verbundteile
  • Reduzierung der Herstellungskosten von Strukturverbundwerkstoffen um bis zu 20%

Entwicklung der Lackierung von CFK-Karosserieteilen (Bild 11)

Nominiert für den JEC Innovation Award: Hyundai Motor Group (Südkorea)

Assoziierte Partner: Hyundai Motor Group (Südkorea), Hyundai Steel Company (Südkorea), Hyundai Motor Group - Polymer Research Lab (Südkorea), Mitsubishi Chemical Corporation (Japan), SK Chemicals (Südkorea)

CFK-Teile für die Automobilindustrie sollten mit genau definierten technischen Verfahren und einem qualifizierten Fertigungsprozess hergestellt werden. Das Autoklav-Verfahren wird am häufigsten zur Herstellung hochwertiger Strukturen in der Verbundwerkstoffindustrie eingesetzt. Aufgrund der Verfahrensnachteile war es erforderlich, speziell auf die Notwendigkeit eines kostengünstigen und hochwertigen Fertigungsprozesses einzugehen. Der von der Hyundai Motor Group entwickelte Multimaterial-Kofferraumdeckel nutzt zwei neuartige Aushärtungsverfahren (PCM und Kohlefaser-SMC) für die Massenproduktion. Er wurde für den Sportwagen Genesis G70 der Hyundai Motor Group übernommen, die den Car of the Year Award 2019 von Motor Trend gewann.

Dieser Kofferraumdeckel führt zu einer erheblichen Gewichtsreduzierung (bis zu 60%, bzw. 6,4 kg Gewichtseinsparung gegenüber einer Stahlkonstruktion) und einer hohen Bauteilleistung. Die äußere Karosserieplatte besteht aus 5 bis 6 Lagen unidirektionalem Prepreg. Die innere Platte ist aus 1,6-3,5 mm dicker Kohlefaser SMC, die an mehreren Stellen lokal verstärkt ist, um Spannungskonzentrationen zu reduzieren. Das Designkonzept wurde auf Grundlage numerischer Finite-Elemente-Analysen bewertet und einer Reihe von Strukturtests mit wiederholter Auf/Zu-Haltbarkeit, Ölkonservierung und langfristiger Umweltverträglichkeit durchgeführt.

Die Innovation kann durch die Einführung eines neuen, nicht leitfähigen Primers (Acryl-Olefin) und einer Deckschicht für die Lackierung von CFK-Platten in der Karosserie umgesetzt werden. Folgeversuche haben gezeigt, dass die Faserstrukturen von CFK-Platten durch automatisiertes Sandstrahlen und eine anschließende Grundierung beseitigt werden können. Ein dicker, nicht leitfähiger Primer ermöglicht eine Online-Lackierung und eine ausreichende Haftung zur Zwischenbeschichtung durch Erhöhung der Oberflächenspannung auf dem CFK-Substrat. Die Oberflächenqualität entspricht den herkömmlichen Stahlteilen nach kombinierten Faktoren wie Glanz, Mattigkeit und Orangenhaut.

Vorteile:

  • CFK-Online-/Inline-Lackierung für die Massenproduktion, Lösung von Farbabstimmungsproblemen
  • Klasse-A-Oberfläche durch konventionelles Automobil-Lackierverfahren
  • kältevernetzender 2K-Klarlack ermöglicht Energieeinsparung im Lackierprozess
  • durch Designoptimierung werden 60% Gewichtsreduzierung erzielt
  • hochzyklische Produktion ( 5 min) von aushärtendem PCM-Prepreg

Fiberject - 3D-thermoplatische kosmetische Carbonteile aus thermoplatischem Kunststoff (Bild 12)

Nominiert für den JEC Innovation Award: Mubea Carbo Tech GmbH (Österreich)

Assoziierte Partner: Mubea Carbo Tech GmbH (Österreich), Porsche AG (Deutschland)

Gängige kosmetische CFK-Teile werden aus Prepregs oder thermoplastischen Organoblechen hergestellt. Kosmetische CFK-Bauteile aus duroplastischen Harzen sind in Losgröße und Produktivität begrenzt, da viele Prozessschritte Handarbeit erfordern und die Zykluszeiten für Vorformen, Aushärten und Fertigstellung bereits nahe an den technischen Grenzen liegen.

Darüber hinaus müssen Funktionselemente wie Clips oder Befestigungspunkte separat gefertigt und mit dem Bauteil verklebt werden. Organobleche haben technische Grenzen. Komplexe Formen mit hohem Drapierungsgrad, Hinterschnitte oder Splitlinien können nicht realisiert werden. Die Grenzen von duroplastischen Prepregs und Organoblechen verhindern die Massenproduktion komplex geformter, voll integrierter kosmetischer CFK-Bauteile.

Die Mubea Carbo Tech GmbH (MCT), Salzburg/Österreich, hat ein neuartiges Verfahren zur Herstellung einer 3D-kosmetischen Organobahn entwickelt. Dadurch soll die Gestaltungsfreiheit herkömmlicher Duroplastanwendungen mit den Vorteilen der thermoplastischen Serienproduktion verbunden werden. Zur Validierung der Technologie hat MCT mit der Porsche AG (Stuttgart, Deutschland) zusammengearbeitet und ein kosmetisches CFK-Bauteil auf Basis einer Serien-Geometrie produziert. Mit dem patentierten Verfahren gelingt es MCT, anspruchsvollste Formen von kosmetischen CFK-Bauteilen aus thermoplastischem Kunststoff falten- und verzugsfrei herzustellen.

Diese Zwischenprodukte können hinterspritzt werden, um Funktionselemente in die Teile zu integrieren, wobei die Positioniergenauigkeit deutlich höher ist als beim manuellen Kleben. Die Endprodukte weisen eine hohe Oberflächenqualität auf, da die thermoplastische Oberfläche Einfallstellen auch nach der Klimaprüfung kompensiert. Um den höchsten Anforderungen der Automobilnormen gerecht zu werden, wurde eine maßgeschneiderte thermoplastische Mischung entwickelt, die sogar eine Außenanwendung ohne Schutzklarlack ermöglicht.

Vorteile:

  • gute Optik, höhere Klarheit und Tiefenwirkung als Standard-CFK
  • Möglichkeit zur Herstellung komplexer kosmetischer CFK-Bauteile aus thermoplastischem Kunststoff
  • 85% Zykluszeitreduzierung und bis zu 50% Kostensenkung
  • einsetzbar für Innen- und Außenanwendungen
  • thermoplastische Matrix steigert Recyclingfähigkeit

Kategorie Bauwesen & Infrastruktur


Biegbare TP-Verbundbewehrungen für Beton (Bild 13)

Nominiert für den JEC Innovation Award: Arkema (Frankreich)

Assoziierte Partner: Arkema (Frankreich), National Cooperative Highway Research Program - NCHRP (USA), Sireg (Italien), University of Miami (USA)

Basierend auf der Elium-Reaktionstechnologie für flüssige thermoplastische Kunststoffe wurde eine neue Generation von Bewehrungsstäben und Kabeln entwickelt, die die Eigenschaften von Verbundwerkstoffen mit den Vorteilen einer thermoplastischen Matrix kombiniert.

Im Gegensatz zu den meisten thermoplastischen Harzen kann Elium leicht durch traditionelle Pultrusion auf Standardausrüstung verarbeitet werden.

Vorteile:

  • Bewehrungsstäbe können nach Erwärmen gebogen werden, was die Kosten für kundenspezifische Formen reduziert
  • TP-Verbundwerkstoffe ermöglichen die Montage von Stangen zu flexiblen Kabeln
  • keine Sonderausrüstung für den Betonfertigteilbau nötig
  • Haltbarkeit der Konstruktion wird durch TP-Verbundwerkstoffe zum Vorspannen erhöht

Beitrag der Nanotechnologie zu Verbundwerkstoffen (Bild 14)

Nominiert für den JEC Innovation Award: Gazechim Composites Iberica (Spanien)

Assoziierte Partner: Chem-Trend (Deutschland), Chomarat (Frankreich), Euromere (Frankreich), Graphenano Composites (Spanien), Gurit (Deutschland), Look Composites (Spanien), Nouryon (Niederlande), Obo (Deutschland), Omar Coatings (Spanien), Owens Corning (Italien), Polymec (Spanien), Polynt Composites (Spanien), Talleres Xúquer (Spanien)

Gazechim Composites Iberica hat die Designflexibilität und die ästhetischen Eigenschaften von Verbundwerkstoffen genutzt und ein völlig neu konzipiertes, großes, avantgardistisches, designorientiertes Vordach für sein Logistik-Hauptgebäude in Valencia, Spanien, entworfen, entwickelt und implementiert.

Die selbsttragende Struktur nutzt die graphenbasierte Nanotechnologie auf einer Gesamtfläche von 340 m² und ähnelt dem Hardtop eines Bootes. Es ist die erste Bauanwendung mit Nanotechnologie in einer Polymermatrix zur Leistungssteigerung von Verbundwerkstoffen. Die Matrix wurde mit Graphen dotiert, um ihr Biegemodul und die Zugfestigkeit zu verbessern und gleichzeitig das Gesamtgewicht zu reduzieren.

Vorteile:

  • Demonstration der Designfreiheit, Flexibilität und der allgemeinen Vorteile von Verbundwerkstoffen
  • Einsatz der Graphen-Nanotechnologie zur Verbesserung der wichtigsten Eigenschaften
  • Demonstrator für die Zukunft des Bauens in der Architektur
  • stark industrialisierter Herstellungs- und Implementierungsprozess
  • Demonstrator für die laufenden Innovationen bei Verbundwerkstoffen

Deichstabilisierung aus Verbundwerkstoffen (Bild 15)

Nominiert für den JEC Innovation Award: Solico Engineering BV (Niederlande)

Assoziierter Partner: JLD International (Niederlande)

Das JLD-Deichstabilisierungssystem ist eine nachhaltige und flexible Lösung zur Verstärkung bestehender Deiche. Der Stabilisator wird in der inneren Neigung des Deiches eingesetzt und von der inneren Neigung oder dem Kamm aus installiert. Daher ist in vielen Fällen keine Verbreiterung des entsprechenden Deiches erforderlich. Das Deichstabilisierungssystem besteht aus mehreren Teilen, darunter drei wichtige Teile aus Verbundwerkstoff: die Ankerstange, das Quertragelement (LDE) und die Ankerplatte. Die Ankerstange ist eine 25-mm-Basaltfaser-verstärkte Stange mit einem speziell geformten Gewinde an der Außenseite. Die Verstärkung aus Basaltfaser hat eine höhere Zugfestigkeit als E-Glas und ist für den Einsatz im Boden nachhaltiger.

Die Ankerstange wird auf das erforderliche Belastungsniveau vorgespannt, das auf bodenmechanischen Berechnungen basiert. Die Vorspannung in allen Ankern wird mit Kraftaufnehmern ständig überwacht. Das Querlasttrageelement (LDE) ist ein pultrudiertes E-Glas-Verbundprofil, das die Querkraft im Moment des Einbruchs des Deiches aufnehmen soll. Die LDE ist ein sternförmiges Pultrudat mit einer Wandstärke von bis zu 25 mm.

Die Ankerplatte ist eine flache rechteckige Platte (1 m x1 m), mit der die Ankerkraft (bis zu 10 t) auf den Boden übertragen wird. Sie muss leicht (für die Installation), nachhaltig und sehr kostengünstig sein. Als wesentliches Merkmal muss die Platte mit ca. 25 Löchern von 50 mm Durchmesser perforiert werden. Die 40 mm dicke GFK-Platte wird durch Vakuuminfusion hergestellt. Die Perforation ist bereits in der Form vorhanden, sodass teures Bohren entfällt. Die Platte ist als Sandwichstruktur mit recyceltem GFK als Kernmaterial und genähten biaxialen Glasgeweben als Skins aufgebaut.

Vorteile:

  • Nachhaltigkeit
  • Kosteneffizienz
  • Leichtbau

Kategorie Nachhaltigkeit


Soluboard (Bild 16)

Nominiert für den JEC Innovation Award: Jiva Materials Ltd. (UK)

Assoziierter Partner: Eco-Technilin SAS (Frankreich)

Aktuell werden Leiterplatten aus Epoxidharz und Glasfaser aufgebaut. Das einzige Recyclingverfahren für PCBs besteht darin, sie zu zerkleinern und zu verbrennen, um die eingesetzten Edelmetalle zu gewinnen. Der Prozess ist wegen der erheblichen Verluste an Metallen sehr ineffizient. Zudem werden Giftstoffe wie Cyanid, Quecksilber und Dioxine in die Umwelt freigesetzt.

Soluboard ist zum Patent angemeldet und soll das derzeit in der Industrie verwendete Standardmaterial (FR-4) ersetzen. Es handelt sich um ein preiswertes, vollständig biologisch abbaubares Material, das mit der veralteten Glasfaser- und Epoxyalternative konkurrieren kann. Der Hauptbestandteil des Verbundwerkstoffs ist FlaxTape (Hersteller: Eco-Technilin), ein patentiertes Band aus unidirektionalen Flachsfasern mit einer geringeren Dichte als alternative Kohlenstoff- und Glasfasern. Die unidirektionale Ausrichtung der Flachsfasern ermöglicht eine effiziente Anordnung zur Bildung der mehrschichtigen Bio-Verbundstruktur von Soluboard, die dem Material gute mechanische Eigenschaften verleiht.

Mit einer aktuellen Menge von fast 45 Mio. t ist Elektronikschrott heute der am schnellsten wachsende Abfallstrom der Welt. Bei Leiterplatte aus Soluboard können 90% der Komponenten zurückgewonnen und dann entweder wiederverwendet oder in einem effizienten Prozess recycelt werden.

Vorteile:

  • direkter Ersatz für FR-4 bei gleichem Preis und verbesserter Nachhaltigkeit
  • entschärfte Entsorgungsproblematik bei Elektro- und Elektronikaltgeräten (WEEE)
  • kleinerer CO2 -Fußabdruck von elektronischen und elektrischen Produkten
  • höhere Erträge bei der Edelmetallrückgewinnung aus dem PCB-Recycling
  • deutlicher Anreiz für Elektronikhersteller, das Recycling selbst zu übernehmen

Serienproduktion von biobasierten Verbundwerkstoffen (Bild 17)

Nominiert für den JEC Innovation Award: Porsche AG (Deutschland)

Assoziierte Partner: Bcomp Ltd. (Schweiz), Fraunhofer-Anwendungszentrum HOFZET (Deutschland)

Die Verwendung von Naturfasern anstelle von Kohlefasern als Verstärkungsmaterial in einem Motorsportfahrzeug veranschaulicht den Zusammenhang zwischen Anwendung und Materialauswahl. Die Tür als Karosserieteil und der Heckflügel als dynamisch belastete Komponente zeigen die Umsetzung verschiedener Lastfälle. Die Bauteile aus biobasiertem Verbundwerkstoff erfüllen die Anforderungen mit nahezu gleichem Gewicht wie Bauteile aus kohlefaserverstärkten Kunststoffen.

Dazu wurde die Werkzeuggeometrie angepasst und spezifische Eigenschaften von nachwachsenden Rohstoffen genutzt. Als Sandwichkern für das Türblatt wurde Balsaholz erfolgreich eingesetzt. Mit 25% weniger Fasern wurde eine ähnliche Biegesteifigkeit erreicht wie bei dem vergleichbaren Bauteil aus kohlefaserverstärkten Kunststoffen. Für den Heckflügel wurden anstelle eines Kerns Gitterstrukturen (PowerRips) verwendet, sodass Schichten eingespart und eine hohe Last von ca. 300 kg im Einsatz noch aufgenommen werden konnte. Das Harzinjektionsverfahren wird für die Türen eingesetzt, und der Heckflügel wird im Autoklav-Verfahren hergestellt.

Durch die Anpassung des Prozesses und die Modifikation der Werkzeuge ist es möglich, Naturfasern trotz der natürlichen Variation ihrer Eigenschaften in serientauglichen Prozessen zu verarbeiten. So konnte spaltfreies Balsaholz-Kernmaterial im RTM-Prozess erfolgreich eingesetzt werden. Die Komponenten werden bereits in Kleinserien von 700 Fahrzeugen in konventionellen Serienfertigungsverfahren hergestellt, wodurch sich diese Tür deutlich von einem Prototypen unterscheidet und das Anwendungspotenzial eines naturfaserverstärkten Kunststoffs aufgezeigt wird.

Vorteile:

  • nachhaltige Rennsportfahrzeugteile
  • Einsatz konventioneller RTM-Systeme zur Massenproduktion von NFRP in der Automobilindustrie
  • einfacheres Recycling im Vergleich zu Kohlefaser-verstärkten Kunststoffen

Bio4Self - selbstverstärkte PLA-Verbundwerkstoffe (Bild 18)

Nominiert für den JEC Innovation Award: Technische Universität Dänemark (Dänemark)

Assoziierte Partner: Centexbel (Belgien), Comfil (Dänemark), Fraunhofer-Gesellschaft (Deutschland)

Um Umweltprobleme anzugehen und auf die EU-Kunststoffstrategie hinzuarbeiten, wurden im Rahmen des Bio4Self-Projekts Verbundwerkstoffe entwickelt, die vollständig biobasiert, leicht recyclebar, umformbar und sogar industriell biologisch abbaubar sind. Die Verbundwerkstoffe werden aus Polymilchsäure (PLA) hergestellt, einem thermoplastischen Bio-Polyester auf Basis nachwachsender Rohstoffe, z. B. aus landwirtschaftlichen Abfällen, Non-Food-Kulturen oder Zuckerrohr.

Abgesehen von einigen medizinischen Anwendungen ist der Einsatz von PLA derzeit sehr begrenzt. Bio4Self bringt PLA auf die nächste Anwendungsebene, z. B. in Automobil- und Haushaltsgeräten, indem es zwei Arten von PLA zu sogenannten selbstverstärkten PLA-Verbundwerkstoffen (PLA SRPC) kombiniert hat.

Für die Herstellung von SRPCs werden zwei verschiedene PLA-Typen benötigt: ein niedrigschmelzender PLA-Typ zur Bildung der Matrix und ein ultrahoher Steifigkeitsgrad und hochschmelzender PLA-Typ zur Bildung der Verstärkungsfasern. Die beiden für Bio4Self ausgewählten PLA-Typen weisen eine Schmelztemperaturdifferenz von ca. 20 °C auf, sodass ein ausreichendes Verarbeitungsfenster bleibt. Bio4Self-Innovationen bewältigen mehrere Herausforderungen im Zusammenhang mit der Herstellung von PLA SRPC:

  • Formulierung eines nässe- und feuchtigkeitsbeständigen PLA-Typs
  • Schmelzextrusion von ultrahochsteifen PLA-Verstärkungsfasern
  • Entwicklung von (Konsolidierungs- und Thermoform-)Verfahren zur Herstellung des leistungsfähigsten SRPC-Materials
  • industrielle Produktionssteigerung

Damit entspricht der entwickelte PLA SRPC den Anforderungen aktueller kommerzieller, selbstverstärkender Polypropylen- (PP-) Verbunde. Selbstverstärkte PLA-Verbundwerkstoffe aus 0/90-Gewebe weisen eine Steifigkeit von 4 GPa auf, was mit der Steifigkeit von selbstverstärktem PP vergleichbar ist, bieten aber den Vorteil erneuerbarer Materialien mit besserer End-of-Life-Perspektive.

Vorteile:

  • biobasierte Verbundwerkstoffe aus zwei PLA-Typen mit unterschiedlichen Schmelztemperaturen
  • hohe mechanische Festigkeit, Temperatur- und Hydrolysebeständigkeit
  • Kosten vergleichbar mit SR-PP, bzw. sogar darunter
  • Verwendung von handelsüblichen Materialien und Industriegeräten
  • wiederverwendbar, recycelbar oder industriell kompostierbar

Kategorie Sport & Gesundheit


FMC für die KTM Carbon-Verbundplatte (Bild 19)

Nominiert für den JEC Innovation Award: KTM-Technologies GmbH (Österreich)

Assoziierte Partner: KTM-Technologies GmbH (Österreich), Mitsubishi Chemical Carbon Fiber and Composites GmbH (Deutschland)

Eine neue hybridisierte Carbon-Verbundplatte für Motorräder wurde von KTM-Technologies, Mitsubishi Chemical und KTM in kurzer Zeit erfolgreich für die Serienproduktion entwickelt und in einem einmaligen Serienproduktionsprozess (Zykluszeiten unter 4 min) produziert. Das Bauteildesign wurde mit einer kohlenstoffgeschmiedeten Formmasse (FMC) für den Hauptteil, nicht gewellten Fasern (NCF) für die lokalen Verstärkungen und Elastomeren für die lokale Dämpfung erzeugt.

Der neue Engineering-Prozess verschiebt die Grenzen innerhalb des Composite-Marktes. Die Kombination der Materialien in einem einzigen, vollautomatischen Prozessschritt ermöglicht eine neue Generation von nachhaltigen Verbundstrukturen mit großer Gestaltungsfreiheit. Das Fügen wird durch eine direkte chemische Verbindung zwischen verschiedenen Duroplasten und Elastomeren ohne zusätzliche Fügeverfahren erreicht. Die einfache Produktion ermöglicht die Herstellung der meisten Halbzeuge und Teile an einem Ort, was Transportkosten, Emissionen und Zeit spart. Das hybridisierte Teil im Carbon-Look ist so leicht wie eine Standard-CFK-Lösung (leichter als Kunststoff und Aluminium), aber 50% günstiger.

Tests und der reale Betrieb haben gezeigt, dass auch die mechanischen Eigenschaften besser sind. Auf Basis des neuen Materials wurden Daten für die Simulation und Entwicklung anderer am Markt befindlicher Strukturbauteile erstellt. Das Ergebnis ist ein strukturelles, komplexes Produkt, das den Marktbedürfnissen entspricht und Zeit, Kosten und Aufwand spart. Die verwendete Kohlefaser kann zu Vliesen oder Kurzfaserverstärkungen für thermoplastische Kunststoffe recycelt werden. Die neue Verbundplatte kombiniert neues Verbunddesign, ein effizientes Eigenschaftenpaket und bahnbrechende Serientechnologie.

Vorteile:

  • neues Design mit gutem Kompromiss in Bezug auf Eigenschaften und Kosten im Vergleich zu aktuellen Teilen
  • Entstehung von Materialkarten für neue hybride Materialienmischungen
  • Herstellung eines komplexen Hybridbauteils im zeitsparenden One-Shot-Verfahren (< 4 min)
  • reduzierte CO2 -Emissionen durch Direktproduktion mit weniger Transportaufwand
  • zuverlässige, berechnete und getestete Technologie

Kohlefasergriff für Blindenhunde (Bild 20)

Nominiert für den JEC Innovation Award: Refitech Composites (Niederlande)

Assoziierter Partner: NPK Design (Niederlande)

Der Griff wird aus einem Prepregmaterial im geschlossenen Autoklav-Verfahren mit einem Vakuumbeutel hergestellt. Seine geringe Größe macht eine Produktion schwierig. Die Einlegeteile werden nach dem Produktionsprozess eingeklebt.

Vorteile:

  • 50% leichter als die Metallausführung
  • verbessertes Gefühl und damit bessere Navigation durch Hindernisse und Verkehr
  • verbesserte Griffsteifigkeit und Geschirrbefestigung
  • akustische Rückmeldung bei Anpassungen mit deutlich hörbarem „Klick“
  • für den Nutzer deutlich einfacher zu finden, da er über dem Rücken des Hundes „schwebt“

Torayca ET40 Prepreg mit hervorragender Formbarkeit (Bild 21)

Nominiert für den JEC Innovation Award: Toray Industries, Inc. (Japan)

Assoziierte Partner: Honma Golf Co., Ltd. (Japan), Suzuki Motor Corporation (Japan)

Da sie unidirektional ausgerichtete Fasern mit minimalen Harzmengen integrieren, verbessern UD-Prepregs die Leichtigkeit, Festigkeit und Rostbeständigkeit von Kohlefasern. Bei der Herstellung komplexer Formen kann die begrenzte Verformbarkeit jedoch zu verschiedenen Fehlern wie Faltenbildung, Hohlräumen und harzreichen Bereichen führen, da die Fasern an den Ecken überbrückt werden.

Eine Möglichkeit zur Verbesserung der Formbarkeit ist die Verwendung von Gewebe. Der Nachteil von Gewebe ist, dass die mechanischen Eigenschaften und die Oberflächenebenheit unter denen von UD-Prepreg liegen. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, Kohlefaser-Compounds beim Spritzgießen und in Plattenformmassen einzusetzen, wodurch komplexe Formen wie scharfe konvexe und konkave Formen hergestellt werden können. Der Faservolumenanteil ist jedoch geringer als der von UD-Prepregs, und die mechanischen Eigenschaften sind beim Einsatz von vorgeschnittenen Fasern unzureichend.

Das erweiterbare und transformierbare Torayca-ET40-Prepreg wurde entwickelt, um gleichzeitig sehr gute mechanische Eigenschaften und hervorragende Umformbarkeit zu vereinen. Das neue Prepreg wird hergestellt, indem Schlitze kontrolliert in ein UD-Prepreg eingeführt werden, wodurch eine Art unidirektionales SMC-Material entsteht, in dem die Faserbündel regelmäßig in gleicher Richtung angeordnet sind. Dies ermöglicht ein gleichmäßiges Fließen der Bündel während des Formprozesses und dadurch die Ausformung komplexer Geometrien wie Rippen oder Tiefziehprofilen. Aufgrund ihrer dehnbaren und transformierbaren Natur bleibt eine homogene Laminatstruktur erhalten.

Vorteile:

  • erweiterbar und transformierbar
  • Äquivalenzmodul und 80% der Festigkeit von UD-Prepreg
  • One-Shot-Formgebung und schnelle Aushärtung
  • Mehrfachrippenbildung aus Flachlaminat im Pressverfahren
  • hervorragende Drapierfähigkeit (ähnlich zu Geweben bei Vorformprozessen)

Kategorie 3D-Druck


CFAM Prime (Bild 22)

Nominiert für den JEC Innovation Award: CEA (Niederlande)

Assoziierte Partner: Europäische Kommission (Belgien), Poly Products (Niederlande), Royal Roos (Niederlande), Siemens Nederland N.V. (Niederlande)

Der 3D-Drucker CFAM Prime - CFAM steht für Continuous Fibre Additive Manufacturing - kombiniert die Extrusion von Granulaten mit vorimprägnierten Faserfilamenten, um faserverstärkte thermoplastische Komponenten zu drucken. Der Extruder ist für die Verarbeitung nahezu aller thermoplastischen Kunststoffe (maximale Temperatur 400 °C) ausgelegt.

CEA hat verschiedene Kunststoffe wie PETG, PP, PPS, ABS, PC, PB und PEEK getestet, wobei einige dieser Granulate bereits einige Prozente an Kurzfasern enthalten. Die Endlosfasern sind mit den für die Anwendung verwendeten Thermoplasten vorimprägniert, ähnlich wie aktuell eingesetzte UD-Tapes. Der Druckkopf kann die geschmolzenen Thermoplaste mit den durchgehenden vorimprägnierten Fasern kombinieren und das Verbundmaterial drucken.

Dieses Verfahren ist einzigartig und patentiert. Die Maschine kann 24 Stunden lang ohne Bediener betrieben werden, ist vollständig geschlossen und besitzt ein geschlossenes Temperaturregelsystem mit spezieller Kühlung.

Vorteile:

  • hohe Produktfunktionalität, komplexe Formen sind herstellbar
  • kurze Durchlaufzeiten und Reduzierung von Prozessschritten
  • geringere Kosten und weniger Handarbeit

Optimierte 3D-gedruckte interne Trägerstruktur (Bild 23)

Nominiert für den JEC Innovation Award: Compo Tech Plus SPOL s.r.o. (Tschechien)

Assoziierter Partner: Tschechische Technische Universität in Prag (Tschechien)

Verbundwerkstoffstrukturen für Werkzeugmaschinen und Automatisierungsrahmen sind dünnwandige, fasergewickelte Kohlenstofflaminate mit axial platzierten Grafitfasern. Ausgelegt für maximale Biegesteifigkeit und hohe Eigenfrequenz bei geringem Gewicht, leiden sie unter Wandinstabilität bei Scher- und Knickbelastungen. Die Begrenzung dieser Instabilität durch zusätzliche Lamellen führt zu einem deutlich erhöhten Strukturgewicht. Zum Einsatz kommen daher auch interne CF-Strukturen mit einem hochdichten Schaumstoffträger für Fertigung und Profilform. Dies ist arbeitsintensiv und mit hohen Verarbeitungszeiten und -kosten verbunden. Für effizientere und leichtere Strukturen ist eine bessere Konstruktionslösung erforderlich.

Um die optimale Verteilung und Querschnitte einer gitterartigen inneren Trägerstruktur zu entwickeln, wurde ein neuer Topologie-Optimierungsansatz gewählt. Die Optimierung durch ungleichmäßig verteilte, modulare Gitterelemente wurde dabei automatisch für die Produktion durch additive Fertigung exportiert. Die Strukturen werden derzeit in ABS (Acrylnitril-Butadien-Styrol) dargestelltt. Das Ziel ist die Herstellung der inneren 3D-Struktur aus kontinuierlichen Kohlenstofffasern, die mit einem thermoplastischen Epoxidharz gesättigt sind.

Die interne Struktur soll das mechanische Verhalten bei Betriebsbelastungen verbessern. Außerdem muss sie dem Produktionsprozess standhalten. Die Innenstruktur stellt eine starre Verbindung mit einem Stahldorn her, der nach dem Aushärten entfernt wird. Dies ist wichtig, da die Torsions- und Biegekräfte während des Faserlegeprozesses die Genauigkeit der Profiltoleranz beeinflussen können und in der letzten Präzisions-Pressphase auslaufen. Dadurch können die Bearbeitung und die Kosten reduziert werden. Die Innenstruktur ist so ausgelegt, dass sie einer Reihe von Belastungen und Spannungen standhält, die während des Formpressprozesses entstehen.

Vorteile:

  • bessere dynamische Leistung von Maschinenstrukturen
  • optimale Gestaltung der Innenstruktur mit niedrigem Gewicht
  • Begrenzung der Wandinstabilität von dünnwandigen Schichtverbunden
  • weniger menschliche Eingriffe während der Konstruktion und Fertigung nötig
  • höhere wirtschaftliche Wettbewerbsfähigkeit

Kontinuierlicher faserbasierter 3D-Druck (Bild 24)

Nominiert für den JEC Innovation Award: Continuous Composites (USA)

Assoziierte Partner: Air Force Research Lab (USA), FCA / Comau (USA), Lockheed Martin (USA), Siemens (USA)

Die patentierte Technologie CF3D ist ein Herstellungsprozess für Verbundwerkstoffe. Anstatt kostspielige Prepregfasern zu verwenden, werden leistungsstarke trockene Endlosfasern (AS4, IM7, T1100 usw.) mit einem schnell aushärtenden Duroplast im Druckkopf imprägniert, der an einem Industrieroboter befestigt ist. Die vollimprägnierte Faser wird durch den Druckkopf gezogen. Beim Ausstoß aus dem Druckkopf wird eine hochintensive Energiequelle (z. B. UV, Wärme etc.) auf die nasse Faser gerichtet, die die Faser(n) zu einem 3D-Verbundteil aushärtet. Da die Faser unmittelbar nach der Applikation ausgehärtet wird, benötigt die CF3D-Technologie keine Formen oder andere Trägermaterialien.

Das Verfahren ermöglicht Designänderungen, verkürzte Durchlaufzeiten und die Fertigung komplexer Designs mit starken und leichten Verbundwerkstoffen. CF3D ist nicht auf das Stapeln von 2D-Laminaten beschränkt und kann Fasern aus der XY-Ebene in die Z-Richtung drucken. Dies eröffnet zusätzliche Designmöglichkeiten, wobei die Optimierung des Lastweges durch diskretes Drucken der Fasern in Richtung der Hauptspannungen und -dehnungen erfolgen kann. Mehrteilige Konstruktionen können nun zu komplexen Bauteilen werden, wodurch Verbindungselemente reduziert und Komponenten leichter und einfacher werden.

Der CF3D-Prozess reduziert manuelle Arbeit und macht teure Investitionsgüter wie Autoklaven und Öfen überflüssig. Da CF3D trockene Fasern verwendet und in situ imprägniert, sind die Kosten für die eingesetzten Materialien sehr viel niedriger als bei Prepregs. CF3D kann sowohl Strukturfasern (z. B. Carbon, Kevlar etc.) als auch Funktionsfasern (z. B. Glasfaser, Metalldraht etc.) drucken.

Vorteile:

  • keine teuren Investitionsgüter wie Formen, Autoklaven und Öfen notwendig
  • automatisierte Faserverlegung beseitigt kostspielige Handarbeit
  • kostengünstige, leistungsstarke, trockene, in-situ-imprägnierte Faser verarbeitbar
  • Designänderungen on-the-fly und komplexe Designs mit Verbundwerkstoffen möglich
  • Funktionalität direkt in Verbundbauteile integrierbar

Kategorie Land Transportation


Bahnsitz-Chassis aus einem biobasierten Prepreg (Bild 25)

Nominiert für den JEC Innovation Award: Composites Evolution Ltd. (UK)

Assoziierte Partner: Bercella SRL (Italien), Composites Evolution Ltd. (UK), Element Materials Technology (UK)

Composites Evolution, Bercella und Element Materials Technology haben die Entwicklung und Erprobung einer leichten, freitragenden Verbundstütze für Schienenfahrgastsitze erfolgreich abgeschlossen. Freitragende Sitzträger, die an der Wand eines Zugwagens montiert werden, bieten eine Reihe von Vorteilen gegenüber herkömmlichen, am Boden montierten Fahrgastsitzen, darunter einen verbesserten Zugang für die Bodenreinigung und die Gepäckaufbewahrung unter dem Sitz.

Die leichte Verbundkonstruktion bietet zudem Vorteile beim Energieverbrauch des Zuges und geringere Achslasten (weniger Gleisschäden). Das Bauteil ist für die Montage von zwei nebeneinander liegenden Sitzen geeignet. Die 1 m lange, aber weniger als 5 kg schwere Sitzstütze hat eine Vielzahl von Tests bestanden, die statische Belastungen, Ermüdungszyklen und Brandprüfungen nach EN 45545 gemäß der Kundenanforderungen umfassten. Beim Brandverhalten erfüllt die Sitzstütze die strengste Anforderung, Hazard Level (HL) 3, der EN 45545. Sie wurde von Bercella aus dem Evopreg PFC-Prepreg von Composites Evolution mit einer hochfesten Kohlefaserverstärkung hergestellt.

Die Prepregs wurde für diese Anwendung aufgrund ihres hervorragenden Brandverhaltens, ihrer geringen Toxizität und ihrer hervorragenden Umweltverträglichkeit spezifiziert. Das 100% biobasierte Polyfurfurylalkoholharz bietet eine sichere und nachhaltige Alternative zu herkömmlichen Phenolen bei vergleichbaren Kosten und Leistungen. Die Herstellung von Verbundwerkstoffen, die sowohl strukturell belastbar als auch brandsicher sind, ist oft eine Herausforderung.

Vorteile:

  • leicht - die zweisitzige Halterung wiegt weniger als 5 kg
  • feuerbeständig - erfüllt die Gefahrenstufe (HL) 3 der Norm DIN EN 45545 für den Brandschutz in Schienenfahrzeugen
  • freitragende Wandmontage für einfachen Zugang zum Wagenboden
  • PFA-Harz ist wasserbasiert und zu 100% biobasiert
  • das Fehlen gefährlicher flüchtiger organischer Verbindungen führt zu geringer Toxizität

Kühlanhänger aus geformtem Verbundwerkstoff (Bild 26)

Nominiert für den JEC Innovation Award: Saertex GmbH & CO KG (Deutschland)

Assoziierte Partner: Nippon Electric Glass Co., Ltd. (Japan), Structural Composites, Inc. (USA), Wabash National Corporation (USA), Wabash National Corporation (USA)

Herkömmliche Anhängerwände werden aus einer Schaumstoffstruktur mit einer Aluminium-Außenhaut hergestellt, die an Aluminiumpfosten mit Holzeinlagen und einer thermoplastischen Auskleidung genietet ist. Der neue Ansatz des geformten strukturellen Verbundwerkstoffs stellt sich den Herausforderungen, denen sich diese Kühlträger seit Jahren gegenübersehen: thermische Effizienz, Festigkeit, Gewicht und Langlebigkeit.

Der geformte Strukturverbund besteht aus einem Schaumkern, der in eine Hülle aus polymerimprägniertem, hochleistungsfähigem, nicht kräuselndem Gewebe eingebettet und mit einem schützenden Gelcoat überzogen ist. Diese einzigartige Zusammensetzung bietet eine bessere Effizienz und einen höheren Return on Investment (ROI).

Vorteile:

  • Gewichtsreduzierung um bis zu 20%
  • strukturelle Festigkeit macht Metall oder Holz überflüssig
  • doppelte Durchstoßfestigkeit gegenüber herkömmlichen Optionen
  • längere Lebensdauer
  • thermische Leistung um bis zu 28% besser

Universeller Verbund-Fahrleitungsausleger (Bild 27)

Nominiert für den JEC Innovation Award: Stratiforme Industries (Frankreich)

Assoziierte Partner: Armines Douai, (Frankreich), CEF Centre d'essais ferroviaires (Frankreich), SNCF Réseau (Frankreich)

Stratiforme Industries verbesserte die inneren dielektrischen und mechanischen Eigenschaften des Verbundwerkstoffs, um ihn durch spezifische Tests, Beschichtungen und ein ausgeklügeltes universelles Design auf ein mit einer SMC-Komponente bisher unerreichtes Niveau zu bringen. Das SMC-Teil wurde in Zusammenarbeit mit der SNCF (Elektrik) und ARMINES (Mechanik) zehn Jahre lang gründlich getestet, um seine Relevanz für den Einsatz als eigenständiger Isolator an Mehrspannungs-Fahrleitungsanlagen (750 V bis 25 kV) zu belegen.

Das Teiledesign hat sich in diesem zehnjährigen Projekt, angefangen bei RTM- und Infusionsteilen bis hin zu einem hochproduktiven SMC-Prozess für die Endversion, entwickelt, die ein Universal-Design hat (das SMC-Teil ist für alle ACCUM-Versionen gleich).

Mit Unterstützung des GER-Prüfzentrums wurden verschiedene Umweltschutzbeschichtungen entwickelt und auf Gleisen getestet. Mehr als 100 Prototypen befinden sich derzeit auf Teststrecken in Frankreich im Einsatz.

Vorteile:

  • deutlich reduzierte Installations- und Wartungszeiten
  • einsetzbar mit 750-V- bis 25-kV-Leitungen, an allen Standard- und Sonderpunkten
  • höhere Systemzuverlässigkeit durch den Wegfall von Glas- und Keramikisolatoren
  • Lieferung vormontiert und einbaufertig
  • Reduzierung der Komponenten von 100 auf 10 Teile

Kategorie Industrie & Ausrüstung


Ultraschnelles Consolidator-Maschinensystem (Bild 28)

Nominiert für den JEC Innovation Award: AZL Aachen GmbH (Deutschland)

Assoziierte Partner: AZL-Institut der RWTH Aachen, Conbility GmbH (Deutschland), Covestro Deutschland AG (Deutschland), Engel Austria GmbH (Österreich), Evonik Industries AG (Deutschland), Fagor Arrasate S. Coop. (Spanien), Faurecia Composite Technologies (Frankreich), Fraunhofer IPT (Deutschland), Laserline GmbH (Deutschland), Mitsui Chemicals Europe GmbH (Deutschland), Mubea Carbo Tech GmbH (Österreich), Philips Photonics (Deutschland), SSDT Shanghai Superior Die Technology Co., Ltd. (China), Toyota Motor Europe NV/SA (Belgien)

Die neuesten Laminatproduktionstechnologien mit thermoplastischen Bändern sind produktiv begrenzt, da das tabellenbasierte Verarbeitungsprinzip einen beweglichen Tisch oder ein Robotersystem in Kombination mit einem Applikationssystem verwendet. Dies bietet eine sehr hohe Flexibilität, ist aber nicht für die Massenproduktion geeignet.

Die neue ultraschnelle Consolidator-Maschine bietet sowohl hohe Flexibilität als auch Tauglichkeit für Massenproduktion. Vollverdichtete Mehrschicht-Laminate mit unterschiedlichen Faserrichtungen und minimiertem Ausschuss (Tailored Blanks) können erstmals in Zykluszeiten unter 5 Sekunden hergestellt werden. Dies wird durch ein neues Stückflussprinzip erreicht, das in der Druckindustrie Stand der Technik ist, bisher aber nicht in der Verbundproduktion eingesetzt wurde.

Das Produktionsprinzip basiert auf beweglichen Trägerplatten für den Transport der Laminate, die von einem Fördersystem bewegt und mehreren Applikatorstationen zugeführt werden. Jede Station ist mit schmalen Applikatorkassetten für die laserunterstützte Bandplatzierung mit fließendem Cut-and-Add ausgestattet. Die Applikatorkassetten sind 50 mm breit und können eine Bandbreite von 25 mm verarbeiten. Auch größere Bandbreiten sind möglich, da die Applikatorkassetten skalierbar sind.

Die Kassetten in jeder Station können in Y-Richtung verschoben werden, kurz bevor die beweglichen Träger in X-Richtung durch die Applikatorstation geführt werden. Vor jeder Station kann der Träger in einem genauen Winkel gedreht werden, sodass jede Station eine Bandrichtung (Faserwinkel) verarbeiten kann. Das neue Maschinensystem ist modular skalierbar: Mehrere Applikationsstationen können hinzugefügt werden (z. B. für jede Schicht eine Applikationsstation für die Massenproduktion), oder die Maschine kann mit einer oder zwei Applikatorstationen mit einem Förderkarussell konfiguriert werden, wobei die Träger mehrfach durch die Stationen bewegt werden.

Vorteile:

  • Massenproduktion von thermoplastischen, maßgeschneiderten Laminaten: >500 kg/Stunde
  • Zykluszeit <5 Sekunden
  • In-situ-Konsolidierung: schnell, flexibel und energieeffizient
  • sicher konfigurierbares, flexibles Produktionssystem mit Stückflussprinzip
  • neue Geschäftsmodelle wie Versteifungsstrukturen für Spritzgießen möglich

Fräswerkzeug und Werkzeughalter aus einem Verbundwerdstoff (Bild 29)

Nominiert für den JEC Innovation Award: Compo Tech Plus SPOL, s.r.o. (Tschechien)

Assoziierter Partner: Hofmeister s.r.o. (Tschechien)

Der Fräskopf besteht aus Kohle- und Grafitfasern, die auf ein Stahlteil gewickelt sind. Der speziell entwickelte Werkzeug- und Wickelprozess ermöglicht es, die Faser auf das komplexe Stahlteil zu legen, das als Dorn dient. Die Modellierung des Faserwickelmusters auf dem Bauteil ermöglicht es, die Fasern mit der Dicke und Richtung zu platzieren, die für das optimale Design erforderlich sind.

Das Stahlteil wird nicht entfernt, sondern in der Endmontage zur Kopplung verwendet, d. h. zur Verbindung des Werkzeugs mit dem Werkzeughalter oder des Werkzeughalters mit der Spindel. Es ermöglicht auch die Befestigung an den Fräszähnen. In einigen Fällen kann ein zusätzliches Dämpfungsmaterial für die optimale Lösung hinzugefügt werden. Nach dem Wickeln erfolgt die Aushärtung bei Raumtemperatur, um die thermisch bedingte Spannung im Verbundteil zu reduzieren.

Im letzten Bearbeitungsschritt wird das Stahlverbundteil auf seine endgültige Form und Toleranz gebracht.

Vorteile:

  • Gewichtsreduzierung bis zu 40%
  • reduziertes hochfrequentes Rauschen
  • Energieeinsparung
  • höhere Stabilität, Genauigkeit und Geschwindigkeit der Bearbeitung
  • bessere Oberflächenrauigkeit

Digitale Verbundwerkstoff-Fertigungslinie (Bild 30)

Nominiert für den JEC Innovation Award: Airborne (Niederlande), Sabic (Niederlande)

Assoziierte Partner: Kuka (Belgien), Siemens (Niederlande)

Thermoplastische Verbundwerkstoffe bieten ein großes Potenzial für eine automatisierte und schnellere Fertigung. Prozessschritte wie Lay-up, Konsolidierung und Beschnitt werden in der Regel individuell automatisiert. Um das Potenzial der Technologie voll auszuschöpfen, wurde in einer Partnerschaft zwischen Airborne (Composite Automation) und Sabic (Materialwissenschaft), mit Unterstützung von Siemens (Digital Factory Technology) und Kuka (High-Speed Robotics), eine durchgängig automatisierte Fertigungslinie entwickelt, in die alle Schritte integriert sind.

Die Technologie basiert auf drei Hauptsystemen:

  1. einem Frontend, in dem UD-Tapes vollständig geprüft, laminiert und verschweißt werden
  2. einem Pressensystem, basierend auf drei Zonen für die Hochgeschwindigkeitskonsolidierung mit vollautomatischem Produkttransfer und Handhabung von Pressplatten und Trennfolien
  3. einem Backend, in dem die Laminate automatisch von den Pressplatten getrennt, beschnitten und zu 100% geprüft werden.

Das Frontend verfügt über ein patentiertes Hochgeschwindigkeitszuführsystem einschließlich Bandqualitätsprüfung (Breite, Dicke und Oberflächenfehler), das empfindliche UD-Tapes verarbeiten kann. Die Produkte werden netzförmig hergestellt, wodurch der Ausschuss minimiert wird. Die Bänder können während des laufenden Betriebs gespleißt werden, wodurch ein Stillstand zwischen den Rollenwechseln vermieden wird. Erkannte Fehler werden automatisch bei voller Geschwindigkeit ausgeschnitten. Das Produkttransportsystem bietet maximale Flexibilität, um beispielsweise lokale Patches, eingebettete Sensoren oder andere Hybridmaterialien hinzuzufügen.

Die Laminate werden automatisch verschweißt, um eine robuste Handhabung zu ermöglichen. Das Backend entnimmt die Laminate von den Pressplatten und Trennfolien, die wieder in das Frontend zurückgeführt werden. Die Laminate werden automatisch auf Maßhaltigkeit und Oberflächenfehler geprüft und anschließend beschnitten. Die Liniensteuerung ist voll digital, mit einer adaptiven Prozesssteuerung, die auf einer direkten Rückmeldung der Online-QA/QC-Systeme basiert. Ein komplett digitaler Zwilling der Linie kombiniert Datenanalyse, maschinelles Lernen und fortschrittliche Prozessmodelle, um eine Online-Beratung zur Steigerung der Leistung zu ermöglichen.

Vorteile:

  • bis zu 50% niedrigere Umwandlungskosten
  • hohe Flexibilität bei Design und Funktionalität
  • hohe Qualität führt zu weniger Ausschuss und höherer nachgeschalteter Produktionsausbeute
  • adaptive Prozesssteuerung durch Datenanalyse und erweiterte Modelle
  • netzförmige Kaschierung reduziert Ausschuss und Kosten


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