Mehr Tempo und Qualität bei CFK-Werkstoffen

Sie machen Autos leichter, ermöglichen immer größere Rotorblätter von Windkraftanlagen und lassen Flugzeuge wirtschaftlicher fliegen: Karbonfaserverstärkte Kunststoffe (CFK) erobern sich wegen ihres geringen Gewichts und der großen Stabilität immer neue Einsatzgebiete.

Noch werden CFK-Werkstoffe vorwiegend für Kleinserien oder Einzelanfertigungen eingesetzt, denn die Serienproduktion stellt besondere Anforderungen an die Prozesse. Doch Lösungen sind in Sicht und werden auf der Industrial Supply und der Industrial Automation im Rahmen der HANNOVER MESSE 2013 (8. bis 12.

April) vorgestellt.

Einer der HANNOVER-MESSE-Aussteller, der sich mit dem Thema CFK-Produktion beschäftigt, ist der Roboterspezialist KUKA. Industrieroboter sind flexible Arbeiter in der Produktion, die branchenübergreifend Leichtbauteile mit einem Höchstmaß an Qualität und Sicherheit herstellen, so auch in der Produktion von CFK-Bauteilen. „Die Anforderungen an die Präzision und Wiederholgenauigkeit im Verarbeitungsprozess spielen eine wichtige Rolle“, sagt Rüdiger Sonntag, Key Technology Manager Plastics bei der KUKA Roboter GmbH. „Diesen Anforderungen Rechnung zu tragen, ist die Hauptaufgabe und der besondere Wert der Automatisierung im Bereich der Kunststoffindustrie.“

Vor allem kürzere Zykluszeiten und eine multifunktionale Einsatzfähigkeit sind gefragt. Industrieroboter, wie sie während der HANNOVER MESSE im Rahmen der Leitmesse Industrial Automation gezeigt werden, können Leichtbauteile mit einem Höchstmaß an Qualität und Sicherheit herstellen. Ein weiterer Vorteil: Der Einsatz von Industrierobotern kann in der Composite-Fertigung dazu beitragen, die Energiebilanz bereits im Herstellungsprozess erheblich zu senken.

CFK-Werkstoffe werden in Zukunft vor allem in der Automobilindustrie an Bedeutung gewinnen. Darum setzen sich immer mehr Zulieferer sowie Maschinen- und Anlagenbauer mit dem Thema auseinander und arbeiten gemeinsam mit den Anwendern an optimierten Verfahren. Der Bedarf an kohlefaserverstärktem Kunststoff wird darum in den nächsten Jahren sprunghaft steigen. Wurden 2011 etwa 57 000 Tonnen CFK nachgefragt, sollen es bis zum Jahr 2020 sogar 200 000 Tonnen sein, geht aus Veröffentlichungen des Carbon Composites e. V.

hervor. In dem Verein, der Forschung und Wirtschaft in Deutschland, Österreich und der Schweiz vernetzt und in Halle 6/A30 vertreten sein wird, haben sich Unternehmen und Forschungseinrichtungen zusammengeschlossen, die die gesamte Wertschöpfungskette der Hochleistungs-Faserverbundwerkstoffe abdecken.

Heute wird die größte Menge der weltweiten CFK-Produktion mit 23 Prozent für Rotorblätter in Windkraftanlagen eingesetzt, gefolgt von der Luftfahrt (16 Prozent) und dem Sport-/Freizeitbereich (16 Prozent), wo CFK vor allem für Golf- und Tennisschläger, Fahrräder und Angelruten eingesetzt wird. Noch ist der Einsatz im Automobilbau mit sechs Prozent sehr gering, die Experten erwarten aber deutliche Wachstumsraten von mehr als 15 Prozent pro Jahr. Einer der Gründe: Fahrzeuge müssen immer leichter werden, um den Spritverbrauch und damit auch den CO2-Ausstoß zu senken. Und Elektrofahrzeuge haben eine größere Reichweite, wenn sie weniger wiegen.

Rund 70 Prozent weniger Gewicht als Stahl bringen CFK-Werkstoffe auf die Waage, ein Grund, warum sie in den vergangenen Jahrzehnten zunehmend im Flugzeugbau genutzt wurden. Doch für die Automobilindustrie sind die derzeitigen Kosten und Prozesszeiten noch zu hoch: „Die Automobilindustrie erwartet, dass wir bei den Materialkosten in den nächsten drei Jahren 50 Prozent einsparen und bei den Prozesskosten sogar 95 Prozent“, sagt Patrick Markert, Leiter der Geschäftsstelle des CFK-Valley Stade e. V., ein europaweit etabliertes Kompetenznetzwerk für karbonfaserverstärkte Kunststoffe, in dem sich mehr als 100 Unternehmen und Forschungseinrichtungen zusammengeschlossen haben. „Das wird nur möglich sein, wenn wir Firmen mit Erfahrungen aus dem Flugzeugbau mit Maschinen- und Anlagenbauern zusammenbringen, die Erfahrungen mit der Automobilindustrie haben. Das ist Aufgabe unseres Vereins und wird auch im Mittelpunkt unseres Auftritts auf der HANNOVER MESSE in Halle

6/A44 stehen.“ Für dieses ehrgeizige Ziel muss auch der Anteil der Handarbeit weiter reduziert werden: „Wenn die Flugzeugindustrie noch mit Aushärtungszeiten von sechs Stunden leben kann, dann denken die Automobilbauer eher an sechs Sekunden. Das geht nur mit neuen Verfahren und einer 100-prozentigen Prozessautomation“, erklärt Markert.

Gemeinsam für Leichtbau: AVK, EuCIA und Leichtbaucluster Landshut Die Industrial Supply arbeitet für den Themenpark Leichtbau mit starken Partnern zusammen: die European Composites Industry Association (EuCIA), die Industrievereinigung Verstärkte Kunststoffe (AVK) und der Leichtbau-Cluster Landshut. Mit ihrem Hauptsitz in Brüssel ist EuCIA der Dachverband der europäischen Verbundwerkstoffindustrie. Er vertritt die Interessen von etwa 10 000 Herstellerfirmen für unterschiedliche Verbundwerkstoffe aus insgesamt elf europäischen Ländern und fördert den geschäftlichen Austausch zwischen Marktakteuren und Mitgliedern des Netzwerks der europäischen Verbundwerkstoffhersteller.

Auf nationaler und europäischer Ebene vertritt der AVK als Fachverband für Faserverbundkunststoffe/Composites die Interessen der Erzeuger und Verarbeiter von verstärkten und gefüllten Kunststoffen. National ist der AVK einer der vier Trägerverbände des GKV – Gesamtverband Kunststoffverarbeitende Industrie. International ist AVK Mitglied im europäischen Composites-Dachverband EuCIA.

Dr. Elmar Witten, Geschäftsführer des AVK: „In der Composites-Industrie ist deutlich zu spüren, dass viele Marktbeteiligte an der Automatisierung arbeiten. Man sollte aber nicht vergessen, dass in vielen Faserverbund-Bereichen Serienfertigung nichts Neues ist. Mit Pressverfahren hergestellte glasfaserverstärkte Kunststoffe (GFK) in seriellen Stückzahlen gibt es seit Jahrzehnten. Und GFK machen immer noch 95 Prozent der gesamten Composites-Menge aus.“ Mit Blick auf die Fertigungskosten ergänzt Witten: „Die Hersteller von CFK-Bauteilen können direkt nur die Fertigungskosten beeinflussen. Der größte Kostentreiber werden mittelfristig wohl die Carbonfaser-Preise bleiben.“

Die Forderung nach kostengünstigeren Verfahren unterstützt auch Frank Peters, Sprecher des VDMA Forums Composite Technology: „Um wettbewerbsfähige Serienprodukte herstellen zu können, benötigen Unternehmen aus dem Automotive-, Luftfahrt- und Windenergiebereich effizientere Prozesse, die eine kostengünstige Produktion von hochfesten Faserverbundbauteilen ermöglichen.“

Darum steige der Bedarf an modifizierten Serienmaschinen aufgrund des zunehmenden Kostendrucks deutlich. Das belegt eine Studie von Roland Berger Strategy Consultants und dem VDMA Forum Composites Technology. Daraus geht hervor, dass aus Sicht der Kunden eine Kooperation zwischen verschiedenen Unternehmen notwendig ist, um den neuen Anforderungen der industriellen Composite-Fertigung gerecht zu werden.

Partnerschaften würden außerdem zu einer schnellen Weiterentwicklung dieser Technologie führen. Dadurch würden die Verfahrens- und Prozesskosten bis 2020 um 40 Prozent sinken, die Faserkosten voraussichtlich um etwa 20 Prozent. Damit ist eine Senkung der gesamten Bauteilkosten um rund 30 Prozent zu erwarten.

„Alle, die an diesem Prozess mitwirken und ihn zum Erfolg führen, treffen sich auf der HANNOVER MESSE“, sagt Oliver Frese, Geschäftsbereichsleiter bei der Deutschen Messe AG. „Die Serienproduktion von CFK und GFK ist ein Thema, das große Chancen für Zulieferer und Maschinenbauer bietet.“ Aus diesem Grund organisiert die HANNOVER MESSE am Donnerstag, 11. April 2013, erstmals das Get-together „CFK trifft Automation“, das sich gleichermaßen an Aussteller und Fachbesucher der Industrial Supply und Industrial Automation richtet. Beginn ist um 17 Uhr im Forum Application Park in Halle 17.

Über die HANNOVER MESSE

Das weltweit bedeutendste Technologieereignis wird vom 8. bis 12.
April 2013 in Hannover ausgerichtet. Die HANNOVER MESSE 2013 vereint elf Leitmessen an einem Ort: Industrial Automation, Motion, Drive & Automation, Energy, Wind, MobiliTec, Digital Factory, ComVac, Industrial Supply, SurfaceTechnology, IndustrialGreenTec und Research & Technology. Die zentralen Themen der HANNOVER MESSE 2013 sind Industrieautomation und IT, Energie- und Umwelttechnologien, Antriebs- und Fluidtechnik, Industrielle Zulieferung, Produktionstechnologien und Dienstleistungen sowie Forschung und Entwicklung. Russland ist das Partnerland der HANNOVER MESSE 2013.
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