Universell einsetzbare Harzinjektionsanlagen mit hochpräziser Volumenstromregelung für die effiziente Produktion von Faser-Kunststoff-Verbunden (UniInjekt)

Problemlage
Glas- oder Kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe (GFK/CFK) bieten hervorragende Leichtbaueigenschaften, weshalb sie bspw. in den Bereichen Windenergie und im Automobilbau zur Steigerung der Leistung und Effizienz von Bauteilen beitragen können. Zur Herstellung von GFK-/CFK-Hochleistungsbauteilen wird oft ein duroplastisches Harzsystem in eine Faserverstärkung injiziert. Die dafür verwendeten Harzinjektionsanlagen müssen aufgrund der Einsatzgrenzen der Pumpen und Volumenstromzähler für jede Anwendung individuell zusammengestellt werden. Selbst innerhalb der angedachten Anwendungsgrenzen haben etablierte Technologien aber problematische Genauigkeitsdefizite hinsichtlich Volumenstrom und Mischungsverhältnis. Für sensible Materialien und neue, schnelle Prozessvarianten für große Serien sind diese Defizite oft schlicht nicht akzeptabel.

Projektziel
Das Ziel des Forschungsprojektes war es, einen völlig neuen Technologieansatz für die hochgenaue und schnelle Volumenstromregelung in einem sehr breiten Bereich zur Einsatzreife zu bringen. Dadurch sollten Harzinjektionsanlagen universell einsetzbar und die Flexibilität in der Produktion von GFK oder CFK sowie die Prozessstabilität drastisch erhöht werden. Auch die Ausschussquoten und möglichen Zykluszeiten sollten sinken und dadurch die Serienfertigung innovativer Harzsysteme deutlich vorantreiben. Gleichzeitig sollte die Möglichkeit geschaffen werden bei der Fertigung von Harzinjektionsanlagen vom Sondermaschinenbau zur Serienfertigung zu wechseln um den rasant steigenden Bedarf der Faserverbundbranche decken zu können.

Vorgehensweise
Grundlage der Entwicklung war ein technologischer Sprung bei der Regelung der Fluidströme der Harzkomponenten (Harz/Härter). Konventionell werden pro Injektionseinheit eine Pumpe und ein Volumenstromzähler eingesetzt, die jedoch auf Grund der Genauigkeitsgrenzen im minimalen und maximalen Messbereich jeweils nur für einen begrenzten Einsatzbereich ausgelegt werden konnten. In der universellen Injektionsanlage werden mehrere Volumenstromzähler mit dem neu entwickelten Bypass-Ventil so verschaltet, dass die Fluidverteilung in Kombination mit der ebenfalls neu entwickelten Prozessregelung immer im optimalen Mischungsverhältnis liegt. Damit können die Anwender einfacher innovative Harzsysteme in Serienfertigungen mit einer einzelnen universellen Injektionsanlage verarbeiten, wofür sie früher mehrere individuelle Anlagen benötigten.

Anwendungspotenzial und erwartete ErgebnisseFür die Faserverbundbranche die mit fast 5 Mrd. € Umsatz zu den großen Wachstumsmärkten Europas zählt sind universelle Harzinjektionsanlagen essentiell für die Serienfertigung von Faserverbundbauteilen. Vor allem der deutsche Mittelstand mit ca. 75 v.H. KMU-Anteil profitiert davon. In Deutschland liegt der Marktanteil für Dosiertechnik bei ca. 300 Mio. € und es ist mit einem weiterhin starken Wachstum zu rechnen. Aufgrund ihrer technischen Überlegenheit ist für die im Projekt entwickelte universelle Injektionsanlage eine schnelle Marktdurchdringung zu erwarten. Damit können sowohl die Anlagenanbieter als auch die Anwender ihre Wettbewerbsfähigkeit stabilisieren und verbessern.

• Tartler GmbH