Energieeffiziente Herstellung komplexer Hochleistungsfaserverbundbauteile mittels Pultrusion, In-line Flechten, BlasumFormung und Endbearbeitung (PulForm)

Problemstellung
Ressourcen- und energieeffizienter Leichtbau gehört im Zeichen eines steigenden Umweltbewusstseins und schwindender Ressourcen zweifelsohne zu den wichtigsten Zukunftstechnologien. Eine besondere Rolle kommt hierbei den Carbonfaserverstärkten Kunststoffen (CFK) mit belastungsgerechter Endlosfaserverstärkung zu. Diese bieten nicht nur vielfältige funktionale Vorteile, sondern besitzen gegenüber Stahl ein Leichtbaupotential von bis zu 60% und gegenüber Aluminium immerhin noch bis zu 30%. Die größte Herausforderung für den erfolgreichen Einsatz von CFK in Serienanwendungen mittlerer und hoher Stückzahlen besteht in der Entwicklung kostengünstiger, hoch- bis vollautomatisierter, ressourcen- und energieeffizienter sowie wirtschaftlicher und flexibler Herstellungstechnologien und deren Industrialisierung.

Projektziele
Zielsetzung des Vorhabens iwar die Entwicklung einer einstufigen ressourcen- und energieeffizienten sowie wirtschaftlichen Herstellungstechnologie zur Fertigung von Hochleistungsfaserverbundbauteilen komplexer Geometrie für Serienanwendungen mittlerer und hoher Stückzahl durch die Verkettung von Pultrusion, In-line Flechten, Blasumformung und Endbearbeitung zu einer flexiblen, durchgängigen, qualitätsgesicherten und vollautomatisierten Fertigungsprozesskette.

Vorgehensweise
Durch die Verkettung des Preform-Prozesses (zum Beispiel In-Line-Flechten) mit Pultrusion, Blasumformung und Endbearbeitung wurde eine flexible, durchgängige, qualitätsgesicherte und vollautomatisierte Fertigungsprozesskette realisiert. Dafür wurden zunächst die Verstärkungsfasern belastungsorientiert kontinuierlich der Pultrusion zugeführt und mit dem Harzsystem imprägniert. In einem ersten moderaten Temperaturschritt reagierte das Harzsystem innerhalb des Pultrusionswerkzeugs zunächst nur teilweise, so dass ein handhabbarer Vorformling entstand. Selbiger wurde dann in einem Heißpresswerkzeug mittels Blasformung in die gewünschte Geometrie gebracht und bei erhöhter Temperatur zum fertigen Bauteil ausgehärtet. Im Anschluss erfolgte dann die Endbearbeitung zum fertigen Bauteil.
Dieses Verbundvorhaben leistete innovative Beiträge in folgenden Bereichen:
-Weiterentwicklung und Verkettung der einzelnen bisher räumlich und zeitlich getrennten Prozessschritte
-Einsatz von maßgeschneiderten Lösungen zur Handhabung der Preforms
-Techniken der prozessintegrierten Qualitätssicherung
-Prozess- und Struktursimulation.
Die entwickelte Prozesskette wurde bezüglich ihrer Energie- und Ressourceneffizienz sowie ihrer Wirtschaftlichkeit umfassend bewertet. Dabei wurden die Entwicklung ressourceneffizienter und wirtschaftlicher Herstellungs- und Bearbeitungstechnologien und entsprechender Anlagen und Werkzeuge inklusive Technologien zum Material- und Halbzeughandling sowie optimierte Herstellungsprozesse durch Simulation und prozessintegrierte Qualitätssicherungsverfahren für eine automatisierte Fertigung angestrebt.

Ergebnisse und Anwendungspotenzial
Die Entwicklung der ressourcen- und energieeffizienten sowie wirtschaftlichen PulForm-Technologie sollen die breitenwirksame Etablierung von Hochleistungs¬faserverbundbauteilen in Serienanwendungen mittlerer und hoher Stückzahlen nicht nur in der Automobilindustrie, sondern in einer Vielzahl weiterer Industriezweige, ermöglichen. Dazu zählen vorrangig die Luft- und Raumfahrt, der Schienen- und Nutzfahrzeugbau, der Bootsbau, Windenergieanlagen, die Bauindustrie und nicht zuletzt die Sport- und Freizeitindustrie.

• AROTEC Automation und Robotik GmbH
• AUDI AG
• Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR)
• FEM-Solutions Engineering - Ingenieurbüro Dipl.-Ing. Stefan Postupka
• Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung eingetragener Verein
• MAPAL Fabrik für Präzisionswerkzeuge Dr. Kress K.-G.
• Maus GmbH Modell- und Formenbau
• TECHNOKON GmbH Technologie + Konstruktion für Maschinenbau
• Universität Stuttgart
• Voith Composites SE & Co. KG