Projekt Cosimo Bauteile aus recycelten Glasfasern industriell fertigen

In einem Forschungsprojekt haben mehrere Unternehmen ein Fertigungsverfahren für Bauteile aus recycelten Glasfasern entwickelt. Das erste Produkt: ein Batteriegehäusedeckel für E-Autos.

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SKS metaplast Scheffer-Klute GmbH

»Automobil Industrie« China

Hirschmann Automotive GmbH

DLR Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.

Am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) untersuchen Forscher, wie sich Bauteile aus nachhaltigen Materialien in der Automobil- und Flugzeugfertigung nutzen lassen. Nachhaltig heißt: basierend auf recycelten Fasern aus der Textilindustrie oder wiederverwendbaren Kunststoffen. Die Basistechniken für geeignete Fertigungsprozesse existieren bereits. Entwickelt haben sie das DLR, die Universität Augsburg und ein Konsortium aus elf Unternehmen im Projekt „CosiMo“ (Composites for Sustainable Mobility).

Neue Kunstoffmaterialien im bewährten „RTM-Prozess“ verarbeiten – das war das Ziel des Projektes. Das „Resin Transfer Moulding“ kommt vor allem in der Automobilbranche zum Einsatz. Es ermöglicht hochautomatisiertes Fertigen mit hohen Stückzahlen. Im Projekt wurden ausschließlich recycelte Glasfaser-Vliesstoffe eingesetzt. Der Prototyp für die Fertigung war zuvor am DLR-Zentrum für Leichtbauproduktionstechnologie in Augsburg, ZLP, entstanden. Zur Demonstration wurden sogenannte Schikanebauteile gefertigt: Batteriegehäusedeckel für E-Autos aus Glasfaser-Vliesstoffen.

Praktischer Ablauf der Fertigung

Wie funktioniert das praktisch? Die Textilien wurden in eine metallische Form abgelegt und mit einem flüssigen thermoplastischen Kunststoff imprägniert. Das hat laut der Forscher den Vorteil, „dass das spätere Bauteil nach Bedarf wieder aufgeschmolzen werden kann, um es mit anderen Komponenten zu verschweißen“. Für die Imprägnierung kam ein Werkzeug zum Einsatz, das an ein großes Waffeleisen erinnert.

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Damit das Bauteil die gewünschte Form und Festigkeit bekommt, wurden die imprägnierten Materialien unter hohem Druck in der Heißpresse verpresst. Nach rund sechs Minuten war das 1,10 Meter lange und 53 Zentimeter breite Bauteil fertig.

Die experimentellen Batteriegehäusedeckel für E-Autos bestehen aus Polyamid 6, auch bekannt als „Nylon“. Der Einsatz als Epoxidharz-Ersatz ist laut DLR bisher einzigartig. Epoxidharze sind zwar gängige Leichtbaumaterialien, lassen sich anders als Polyamid 6 jedoch nicht recyceln. Polyamid 6 hat außerdem die notwendigen thermoplastischen Eigenschaften für eine Weiterverarbeitung.

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Einblicke in das Material während der Produktion

Um die Materialeigenschaften schon während der Fertigung analysieren zu können, statteten die Forscher die RTM-Fertigung mit Sensoren aus. „Die größte Herausforderung war es, die Prozessparameter zur vollständigen Imprägnierung der Vliesstoffe zu ermitteln. Im Vergleich zu herkömmlichen Textilien war es gar nicht so leicht, trockene Stellen zu vermeiden. Dies haben wir dank des Sensornetzwerks geschafft, wodurch wir sozusagen in den Herstellungsprozess hineinschauen konnten“, beschreibt DLR-Projektleiter Jan Faber.

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Die gewonnenen Daten sollen die Grundlage für künftige intelligente Prozesssteuerungen bilden. Sie haben aber noch eine andere Bedeutung: Das Team hat ein Simulationsmodell entwickelt, mit dem sich einzelne Abläufe der Fertigung jederzeit virtuell testen lassen. Ein Datenmanagementsystem zeichnet zudem die Messdaten aller Systeme synchron auf; Simulation und Realbetrieb lassen sich so direkt miteinander vergleichen. Für die Wissenschaftler heißt das: Sie können das Materialverhalten und die Anlagentechnik besser verstehen.

Laut des DLR hat das Projekt „das Potenzial der Cosimo-Konzepte für die industrielle Anwendung unter Nachhaltigkeits-, Kosten-, und Qualitätsaspekten aufgezeigt und durch die Industriepartner bestätigt“. Als nächstes wollen die Forscher die Prozesse optimieren. Lohnen dürfte sich das allemal: Konventionelle Batteriegehäuse von Elektrofahrzeugen wiegen rund 300 Kilogramm. Mit Bauteilen aus faserverstärkten Kunststoffen könnten sie bis zu 40 Prozent leichter werden, verglichen mit Aluminium oder Stahl.

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