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Wie wird CFK serienreif?

Forscher im Augsburger Innovationspark erklären, wie sie das ambitionierte Ziel erreichen wollen
Wie wird CFK serienreif?

Wie wird CFK serienreif?
Eine 30 m lange, robotergestützte Forschungsplattform spielt eine Schlüsselrolle für die Arbeiten am DLR Bild: DLR
Anlässlich des Spatenstichs zum neuen „Technologiezentrum Augsburg“ (TZA) skizzieren die Forscher, wie sie Carbonfaser-verstärkte Kunststoffe großserienfähig machen wollen. Die CFK-Prozesskette lasse sich bereits bis zu 40 % automatisieren, sagen sie – in sechs Jahren soll es deutlich besser aussehen.

Die Herausforderung der Serienreife beginnt bei der Rohstoffentwicklung. Die SGL Group ist der einzige europäische Carbonfaser-Hersteller und unterhält in Meitingen bei Augsburg ihren größten Standort. Dort werden Hochmodulfasern in Bündeln von etwa 50 000 („50K“) zusammengefasst und sind speziell für die Industrie geeignet. Diese „Industriefaser“ kommt zum Beispiel im Elektroauto BMW i3 zum Einsatz, das im November in Serie auf den Markt kommt. „Dies ist ein Meilenstein für den Einsatz von CFK in der Automobilindustrie“, sagt Dr. Reinhard Janta, Standortleiter SGL Carbon.

Um 50 % reduzierte Material- und um 90 % reduzierte Prozesskosten sind das Ziel der Fraunhofer-Projektgruppe Funktionsintegrierter Leichtbau (FIL). Die FIL bezog im Mai ihr neu errichtetes Forschungszentrum im Augsburg Innovationspark. Mit ihrer Pultrusion-Anlage zur automatisierten Herstellung von CFK-Profilen erprobt die FIL beispielsweise das Verarbeiten innovativer Materialien (Polyurethane, Guss-PA) sowie das Herstellen von Bauteilen mit veränderlichen Querschnitten und multidirektionalen Faserverstärkungen. Ihre AFP-Anlage hingegen (Automated Fiber Placement) zielt auf das roboterbasierte Legen von Fasern, um Handarbeit zu ersetzen.
Komplementär zur Fraunhofer-Projektgruppe aufgestellt ist im Augsburg Innovationspark das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR): Während die FIL auf die Automobilindustrie zielt, ist das Zentrum für Leichtbauproduktionstechnologie (ZLP) des DLR auf die Luft- und Raumfahrt spezialisiert, um kostengünstig hochqualitative CFK-Komponenten im Full-Scale-Format zu entwickeln. Professor Heinz Voggenreiter, Mitglied des ZLP-Direktoriums und Leiter zweier DLR-Institute, bezeichnet die sich ergebende Konkurrenz bei gleichzeitiger Kooperation von DLR und FIL als „Coopetition“: „In der Luft- und Raumfahrt können wir von Ideen und Prozessen der Automobilindustrie lernen und sie in unsere eigene Forschung integrieren.“
Die Schwerpunkte des ZLP decken den gesamten Produktionsablauf ab: Automatisierte Verfahren für das Greifen, Ablegen, Form geben, Verbinden und Montieren von duromeren und thermoplastischen Composites sollen die Prozesszeiten und -kosten verringern und die Reproduziergenauigkeit erhöhen. Forschungen zu einer zerstörungsfreien Prüfmethode sollen weitere Kosteneinsparungen von bis zu 20 % bringen. Herzstück der Anlagen im ZLP Augsburg ist eine 30 m lange robotergestützte Forschungsplattform, um das Fertigen großer Leichtbaustrukturen auf ihre Automatisierbarkeit zu untersuchen.
„Bis jetzt haben wir circa 30 bis 40 Prozent der durchgängigen Automatisierung des Produktionsprozesses für Faserverbundstrukturen erlangt“, erklärt Prof. Voggenreiter vom DLR. „Mit der Erreichung von Reifegrad sechs rechnen wir in fünf bis sechs Jahren. Das ist es, was die Forschung leisten kann. Für die Schritte bis zum Reifegrad zehn, der Produktreife, brauchen wir Industriepartner.“ Dafür bieten die Institute ihr Know-how an.
Der Spatenstich zum Technologiezentrum Augsburg (TZA) markiert einen weiteren Schritt zu diesem Ziel. Im TZA sollen Forscher, Entwickler und Facharbeiter aus Wissenschaft und Wirtschaft zusammenkommen, um aus Ideen Prototypen und Produkte werden zu lassen. „Mit den Partnerschaften zu Unternehmen im TZA kommen wir auf die Zielgerade zur CFK-Serienentwicklung“, betont Dr. Johannes Schilp, Geschäftsführer des IWB Anwenderzentrum Augsburg. os
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