Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Flexible Prozesskette zur Fertigung von Bauteilen aus faserverstärkten Kunststoffen aus teilimprägnierten lokal angepassten Gelegen

Das Ziel des Forschungsprojektes ist die Entwicklung einer Prozesskette, welche die produktive, KMU-taugliche Fertigung von FVK-Bauteilen in Stückzahlen bis 50.000 Stück/Jahr ermöglicht. Durch die Verwendung mehrlagiger Gelegestrukturen werden, gegenüber der Verarbeitung von unidirektionalen Prepregs, Handhabungsschritte im Lagenaufbau sowie Kosten im Beschichtungsprozess eingespart. Durch das Einbringen der lokalen Verstärkungen im textilen Herstellungsprozess wird zudem der Verschnitt der harzimprägnierten Prepregs reduziert.

Die TNCF werden in einem kontinuierlichen Beschichtungsprozess einseitig mit einem Harzfilm versehen. Die Verteilung des Harzsystems in Längen- und Dickenrichtung findet während der Konsolidierung des Bauteils statt. Die in diesem Verfahren hergestellten Faser-Matrix-Halbzeuge werden als teilimprägniertes Prepreg bezeichnet, da der Harzfilm nicht den gesamten Lagenaufbau der TNCF durchdringt. Die trockenen Faserlagen ermöglichen im Vakuumaufbau das Entweichen der Luft zwischen den Faserlagen. Dadurch wird eine Bauteilkonsolidierung, ohne die Verwendung eines Autoklaven,im beheizten Vakuumaufbau ermöglicht.

Durch die Einsparung von Handhabungsschritten und den Wegfall des Autoklaven bei der Aushärtung wird eine Reduzierung der Herstellkosten von etwa 20 % angestrebt. Bei derzeitigen Herstellungskosten von CFK-Strukturen in Automobil und Industrieanwendung von 50-60 €/kg ist ein Bauteilpreis von 45 €/kg Ziel des Projektes.

Bei der Anwendung der Technologie in einer Automobilserie von 50.000 Stück/Jahr folgt, bereits bei der Nutzung von 5 kg "Tailored Prepreg"

pro Fahrzeug (A- und B-Säulen, Getriebetunnel), ein Umsatz von 12,5 Mio. €/Jahr. Bereinigt um die Kohlenstofffaserkosten von ca. 45 % ergibt sich ein Marktvolumen von ca. 7 Mio. €/Jahr.

Die erwartete Umsatzsteigerung bezieht sich, neben den

Herstellern von Multiaxialgelegen und den Beschichtungsunternehmen, vor allem auf FVK-Bauteilhersteller, welche ebenfalls häufig KMU sind.

Ergebniszusammenfassung:

Im Rahmen des IGF-Vorhabens „Tailored Prepreg“ wurden die Eignung teilimprägnierter TNCF zur Herstellung von Faserverbundbauteilen untersucht sowie notwendige Erkenntnisse für einen industriellen Einsatz derartiger Prepregs gesammelt. Mit den durchgeführten Arbeiten konnte erstmalig die technische Machbarkeit der Nutzung der Tailored Prepreg-Technologie zur effizienten Herstellung von Faserverbundbauteilen nachgewiesen werden. Die durchgeführten Untersuchungen liefern erste Erkenntnisse hinsichtlich erzielbarer Materialeinsparungen im Vergleich zu konventioneller Prepreg-Bauweise und bilden damit die Basis für eine industrielle Akzeptanz der neuartigen Prepregs. Ferner wurden erste Erkenntnisse hinsichtlich der Tränkungssimulation generiert.

Durch Anwendung der entwickelten Tailored Prepregs können KMU im Bereich der Bauteilherstellung signifikante Einsparungen durch reduzierten Verschnitt und weniger Prozessschritte erzielen. Für KMU im Bereich der Bauteilherstellung ergibt sich dann eine sehr attraktive Möglichkeit, ihren Umsatz signifikant zu steigern. Infolge des erhöhten Integrationsgrads der Prepregs werden die KMU mehr an der Wertschöpfung zur FVK-Herstellung beteiligt. Außerdem können KMU Spezialwissen im Bereich der Bauteilsfertigung aufbauen und sich so insbesondere gegenüber ausländischen Konkurrenten einen Wettbewerbsvorteil verschaffen.

Bei einem breiten Einsatz von teilimprägnierten Halbzeugen zur FVK-Herstellung ergeben sich auch Sekundär- bzw. Tertiäreffekte für Maschinenhersteller und deren Zulieferer. Schließlich bietet sich die Chance, durch die erhöhte Funktionsintegration in der Prepregherstellung einen wesentlichen Kostentreiber der FVK-Herstellung zu reduzieren und die allgemeine Wettbewerbsfähigkeit von FVK zu stärken. So ergibt sich ein genereller Vorteil für sämtliche am FVK-Markt beteiligten Unternehmen sowie deren Kunden.