Effizienter und intelligenter Einsatz von CFK-Werkstoffen

CFK-Werkstoffe (Carbon-faserverstärkte Kunststoffe) sind aus der Industrie nicht mehr wegzudenken und in den unterschiedlichsten Bereichen verbreitet. Ursprünglich wurden sie für Anwendungen in der Luftfahrt und im Rennsport entwickelt. Produkte aus faserverstärkten Kunststoffen haben eine hohe Steifigkeit und Festigkeit sowie eine niedrige Dichte.

Sie sind äußerst korrosionsbeständig, überzeugen mit hoher Schwingfestigkeit, einer geringen Wärmedehnung und verfügen über konstruierbare Eigenschaften. Langfristig müssen sich Entwickler und Einkäufer verstärkt mit Faserverbundwerkstoffen auseinandersetzen. Bereits im vergangenen Jahr waren die CFK-Werkstoffe auf der HANNOVER MESSE Gegenstand der Industrial Supply, dem Zuliefersektor der HANNOVER MESSE. In diesem Jahr wird das Thema rund um diese Hochleistungswerkstoffe weiter ausgebaut.

„CFK-Werkstoffe bilden auf der Industrial Supply seit einigen Jahren eine wichtige Schlüsselgruppe in der Industrie. Im Zuliefersektor gehören sie seit langem zu den Innovationsträgern. Zulieferunternehmen arbeiten kontinuierlich daran, hochinnovative Produkte schnellstmöglich auf den Weltmarkt zu bringen. Die Industrial Supply bietet dafür den idealen Rahmen, indem sie Internationalität mit Experten-Knowhow und dem richtigen Mix aus unterschiedlichen Industriezweigen an einem Ort zusammenbringt“, sagt Arno Reich, Projektleiter Industrial Supply bei der Deutschen Messe AG.

Der deutsche Fachverband für faserverstärkte Kunststoffe/Composites AVK (Industrievereinigung Verstärkte Kunststoffe e. V.) präsentiert sich mit seinen Mitgliedsunternehmen in diesem Jahr zum zweiten Mal auf der HANNOVER MESSE. „In der Welt von morgen werden (Faserverbund-) Produkte, deren Herstellung und Nutzung die Umwelt schonen, energieeffizient, Gewicht sparend sowie nachhaltig sind, einen noch höheren Stellenwert haben als schon heute“, sagt Dr. Elmar Witten, AVK-Geschäftsführer. „Die gegenwärtige Diskussion um den Einsatz von CFK lässt bereits verfügbare, anwendbare und finanzierbare Faserverbund-Konzepte – beispielsweise mit Glasfasern oder auch mit Naturfasern – oftmals in den Hintergrund treten“, ergänzt Witten.

Spezial-Eigenschaften von CFK-Werkstoffen

Die Vorteile der CFK-Bauteile in Maschinen und Fahrzeugen sind niedrige Masse, hohe Laufgeschwindigkeit und ausgezeichnete Ermüdungsfestigkeit. Darüber hinaus sorgen sie aufgrund einer Schwingungsdämpfung für Laufruhe. Sie sind leicht zu montieren und zu demontieren und stehen für niedrige Wartungskosten und geringe Stillstandzeiten. Die Energieersparnis bei der Herstellung und im Einsatz ist vorbildlich.

Auf der Industrial Supply 2012 präsentiert sich das Leichtbau-Cluster Landshut bereits zum zweiten Mal als zukunftsorientiertes Netzwerk. Gegenstand der Präsentation sind beispielsweise Leichtbau-Exponate und Anwendungen für unterschiedliche Zielbranchen in Form von Entwicklungen, Systemen und Produktlösungen. Darüber hinaus organisiert der Leichtbau-Cluster einen Gemeinschaftsstand mit Partnern aus dem Netzwerk.

Ein starker Treiber des Leichtbau-Trends ist die Elektromobilität.
„Da die elektrischen Komponenten und Energiespeicher das Gewicht eines Fahrzeugs erheblich beeinflussen, ist der Leichtbau ein unverzichtbares Element für eine effiziente und nachhaltige Mobilität. Denn im Vergleich zu den konventionellen Kraftstoffen ist die Energiedichte der derzeit bekannten Speichermedien deutlich geringer. Somit muss neben der For-schung und Entwicklung neuer Energiespeicher auch in den Leichtbau nachhaltig investiert werden. Dabei kann der Einsatz der Kohlefaser eine bedeutende Rolle spielen“, sagt Marc Bicker, Projektleiter vom Leichtbau-Cluster Landshut.

Allgemein sind derzeit die Kosten und der Zeitaufwand in der Serienfertigung von Bauteilen aus Kohlefasern herausfordernd. Nicht zuletzt sind die Materialpreise für Kohlefasergelege hoch. Von OEMs und Zulieferern, aber auch von Hochschulen und Instituten wird die Serienfertigung in hohen Stückzahlen hergestellter CFK-Bauteile – abseits vom Rennsport oder hoher Preissegmente – mit Nachdruck verfolgt.

Neue Technologien und Anwendungen in der Bauteilkonstruktion sowie der Fertigung von Faserverbundstrukturen werden auch bei der diesjäh-rigen HANNOVER MESSE vom 23. bis 27. April 2012 ein bedeutendes Thema sein. Bicker: „Experten werden dazu in Vorträgen über Trends und Entwicklungen referieren, Aussteller zeigen ihre Produkte, aber auch Dienstleistungen rund um das Thema. Auf der Solutions Area Leichtbau werden in Form von Leichtbau-Exponaten und Live-Demonstrationen interdisziplinäre und praxisorientierte Lösungen für unterschiedliche Zielbranchen vorgestellt. Sie sollen den Fachbesuchern Denkanstöße für ihre eigene Unternehmung geben. Das Kennenlernen und Übertragen von art- und branchenfremden Innovationen und Technologien ist eines der Ziele.“

Das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) präsentiert auf der Solutions Area eine Felge aus CFK mit einem Eigengewicht von nur 1,5 Kilogramm. Gegenüber einer vergleichbaren Felge aus Aluminium bedeutet das eine Gewichtsersparnis von 2,5 Kilogramm. Auch der Fertigungsprozess der CFK-Felge wurde am KIT analysiert und optimiert. Mit dem Einsatz des Vacuum-Assisted-Resin-Transfer-Moulding-Prozesses (VARTM-Prozess) können gegenüber einem Pregpreg-/Autoklav-Verfahren die Materialkosten und Fertigungszeit gesenkt werden.

Wabenstrukturen aus CFK für Satellitenantennen, CCORE, zeigt die Firma INVENT GmbH. Die Waben aus dem Kohlefaserverbundwerkstoff weisen ein geringes Raumgewicht, hohe Steifigkeit und Temperaturstabilität auf. Für die Fertigung dieser Waben wurde eine spezielle Fertigungstechnologie entwickelt. Sie ermöglicht es, die Wabenstruktur auf die erforderlichen Eigenschaften im Einsatz – zumeist in optischen Strukturen oder Reflektorantennen – in der Raumfahrtindustrie auszurichten.

In Form von Live-Demonstrationen werden auf der Solutions Area auch Testverfahren für Bauteile aus Verbundwerkstoffen gezeigt: Die Firma GMA Werkstofftechnik GmbH zeigt die Ultraschallprüfung. Die Technische Universität Chemnitz präsentiert die Strukturprüfung mit Sensoren innerhalb des Bauteils im Betrieb. Denn insbesondere in dynamisch belasteten Bauteilen aus Verbundwerkstoffen ist die Qualitätssicherung ein bedeutendes Thema.

Über die HANNOVER MESSE

Das weltweit bedeutendste Technologieereignis wird vom 23. bis 27.
April 2012 in Hannover ausgerichtet. Die HANNOVER MESSE 2012 vereint acht Leitmessen an einem Ort: Industrial Automation, Energy, MobiliTec, Digital Factory, Industrial Supply, CoilTechnica, IndustrialGreenTec und Research & Technology. Die zentralen Themen der HANNOVER MESSE 2012 sind Industrieautomation, Energietechnologien, industrielle Zulieferung und Dienstleistungen sowie Forschung und Entwicklung. China ist das Partnerland der HANNOVER MESSE 2012.

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Silke Tatge
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