Leichtbau-Gipfel 2016 Live-Demonstration: „xFK in 3D“

Je leichter das Bauteil, desto teurer – die Prozesstechnik. „xFK in 3D“ könnte das ändern. Auf dem »Automobil Industrie Leichtbau-Gipfel« 2016 ist die Innovation erstmals live zu sehen.

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Die zum Patent angemeldete Prozesstechnik „xFK in 3D“ beschreibt ein Verfahren, bei dem faserverstärkte Kunststoffe – etwa Glas-, Kohle-, oder Basaltfasern – basierend auf Berechnung und Simulation dreidimensional gewickelt werden. Die Fasern lassen sich dabei geometrisch frei in der x-, y- und z-Ebene auslegen, je nach den definierten Lastpfaden und Lastkollektiven des Bauteils. Der Vorteil dabei: eine auf die Kraft- und Spannungsaufnahme ausgelegte Faserablage und minimaler Werkstoffverschnitt.

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Das Verfahren, und das ist eine weitere Besonderheit, eignet sich auch für nicht-rotationssymmetrische Bauteile. Deren Herstellung aus Composites ist mittels Wickelverfahren mit deutlich geringerem Werkzeugumfang möglich – und so auch für kleinere Stückzahlen oder Projekte reizvoll, die häufig geändert werden.

„Die Intelligenz dieses Verfahrens liegt darin, dass wir den Werkstoff exakt dorthin bringen, wo wir ihn brauchen – und zwar nur dorthin“, erläutert Rainer Kurek, Chef der Technologieberatung AMC. Er wird den exklusiven Workshop am 15. März 2016 auf dem »Automobil Industrie Leichtbau-Gipfel« in Würzburg moderieren.

Materialeinsparung um 40 Prozent

Pro Bauteil sind mit „xFK in 3D“ deutlich weniger Carbonfasern notwendig: Peter Fassbaender, Erfinder des Wickelverfahrens, beziffert die Materialeinsparung auf 40 Prozent im Vergleich zu Carbonteilen, die mittels klassischem RTM (Resin Transfer Moulding)-Verfahren hergestellt sind. Der Prozess ist dabei längst keine Vision mehr. Derzeit geht es darum, „xFK in 3D“ vom Prototypenbau in den (Kleinst-)Serienautomobilbau zu transferieren. „Unsere Markteintrittsstrategie erfolgt zunächst über Bauteile und Komponenten, also Wellen, Konsolen und Halter etc., für Fahrzeuge kleiner und mittlerer Stückzahlen mit Anwendungen im Motorsport und anderen High-End-Segmenten. All unsere Gesprächspartner, die auch nur annähernd etwas von der Materie verstehen, erkennen sofort, welches Potenzial hinter dem neuen Verfahren steht. Das Interesse ist extrem hoch. Die mit ‚xFK in 3D‘ möglichen Strukturen wecken hohe Begehrlichkeiten“, sagt Kurek.

Einfach und günstig

Die Herstellung eines Bauteils mittels „xFK in 3D“ ist vergleichsweise einfach und günstig: Ein Faserroving wird in der benötigten Stärke und Länge zum Beispiel mit Epoxidharz getränkt und über eine Ablegevorrichtung per Hand oder Roboter zu einem Bauteil gelegt. Die Fasern liegen dabei reproduzierbar ideal in Spannungsrichtung. Zudem sind nur die Fasern notwendig, die im Bauteil Kräfte übertragen (kein Verschnitt). Die Folge sind extrem leichte Bauteile, weil die Hohlräume zwischen den Fasersträngen offen bleiben.

Die Kraftein- und -ausleitung in das Bauteil sowie aus dem Bauteil sind durch die freie geometrische Auslegung und Anordnung der Fasern mit sogenannten Krafteinleitungspunkten anforderungsgerecht möglich. Vereinfacht gesagt sind das Bolzen am Werkzeug, die während des Wickelns die Wege der Fasern in andere Richtungen umlenken. Die so entstehenden Knotenpunkte können dann mit integrierter Verstärkung als Fixierpunkt für das Teil dienen. Das Umwickeln der Umkehrpunkte hat zudem den Vorteil, dass keine Löcher in das Gewebe geschnitten werden müssen, wie bei Vollmaterial-Bauteilen üblich. „Ein Loch im Gewebe zerstört die Struktur“, erklärt Fassbaender. „Die einzige Schwachstelle beim Wickelverfahren sind die übereinanderliegenden Fasern an den Umkehrpunkten, die dort auftretenden Scherkräfte. Selbst diese Schwachstellen sind aber um ein Zigfaches besser als zerstörtes Gewebe. Wichtig ist dabei, die Kräfteeinwirkung an den Knotenpunkten zu kennen.“

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Keine Werkzeugformen notwendig

In Hybridbauteilen wird die Verbindungstechnik durch optimalen fasergerechten Formschluss reproduzierbar erzielt. Ein Fügevorgang durch Kleben entfällt. Änderungen und Varianten sind aufgrund der nicht vorhandenen geschlossenen Formen zeitnah und günstig möglich. Teure Werkzeugformen entfallen in vielen Fällen. „Mit diesem Verfahren werden die Werkstoffkennwerte der Fasern optimal in Bauteile eingebracht. Die physikalischen Eigenschaften der Fasern spiegeln sich in den Bauteilen direkt wider. Im Leichtbau wird es meiner Meinung nach völlig neue Potenziale geben – technisch, wirtschaftlich und umweltbezogen“, kommentiert Werkstoffexperte Prof. Dr.-Ing. Peter Eyerer, langjähriger Leiter des Instituts für Kunststoffprüfung und Kunststoffkunde an der Uni Stuttgart sowie des Fraunhofer-Instituts für Chemische Technologie (ICT).

Der Leichtbau-Gipfel 2016

Das aktuelle Programm zur Veranstaltung findet sich auf der Webseite zum »Automobil Industrie Leichtbau-Gipfel«.

Begleitet wird der »Automobil Industrie Leichtbau-Gipfel« durch die »Leichtbau City«, wo die Veranstaltungspartner ihre jüngsten Konzepte und Ideen präsentieren. Beim kommentierten Rundgang können Sie direkt mit den Unternehmen über deren Exponate und Verfahren sprechen.

Im »Leichtbau Campus« sehen Sie richtungsweisende Projekte aus Forschung und Entwicklung an Hochschulen und Instituten. Natürlich warten auch hier Leichtbauexperten auf die lebhafte Auseinandersetzung mit ihren Präsentationen.

Exklusive Referentengespräche garantiert Ihnen der Bereich »Meet & Talk«, wo Sie die Unternehmensvertreter im Anschluss an deren Vorträge im kleinen Kreis treffen können. Und sollten doch Fragen unbeantwortet sein, bleibt immer noch der Gedankenaustausch bei der Abendveranstaltung im modernen Ambiente der Würzburger „Posthalle“.

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