Luft- und Raumfahrt-Ingenieur Ronald Müller erklärt die neuartige Armierung so: „Die Fasern sind in eine thermoplastische Matrix eingebettet: So entsteht aus losen Fasern ein „Kohlenstoffdraht“, der sich durch Erhitzen verformen lässt und bei Raumtemperatur fest ist.“ Durch maschinelle Drahtbiegetechnik wird dieser dann zu einer lastgerechten Armierung gebogen und anschließend in ein Spritzgusswerkzeug eingelegt und umspritzt – ähnlich einer Stahlbeton-Konstruktion.
Armierung entsteht durch rationelles Biegen
Hintergrund: Fasern aus Carbon oder Glas sind wegen ihres geringen Gewichts und ihrer hohen mechanischen Eigenschaften ideale Verstärkungsmaterialien. Voraussetzung für eine effektive Wirkung ist jedoch, dass die Fasern auch entlang der Hauptbelastungsrichtungen im Bauteil eingebettet sind. Während herkömmliche Verfahren immer einen Träger (zum Beispiel eine Form oder Stützstruktur) benötigen, auf dem die Fasern in der gewünschten Orientierung abgelegt werden können, kann dieser bei dem hier vorgestellten Verfahren vollständig entfallen.
Verstärkung wird ins Spritzgießwerkzeug eingelegt
In der Herstellung via Rebar-Reinforcement-Hybridtechnologie ergeben sich mehrere Vorteile: Das Biegen der Drähte erfolgt ohne formgebende Werkzeuge. So entsteht etwa ein Stern durch abwechselndes nach rechts biegen um 72° und nach links biegen um 144°. Eine Form ist dafür überflüssig. Bei anderen Verfahren, in denen nicht-vorgeformte Faserverbund-Halbzeuge (wie Gewebematten) umspritzt werden, muss das passgenaue Umformen im laufenden Prozess geschehen. Dies findet meist direkt im Spritzguss-Werkzeug statt, das somit auch als formgebendes Werkzeug dient. Dadurch sind Taktzeiten länger und Werkzeugkosten oft doppelt so hoch, als wenn die vorgeformten Teile einfach nur eingeclipst und umspritzt werden.
Lastgerechte Faserverstärkung
Das Rebar Reinforcement-Verfahren ist somit sehr flexibel, weil für die gefertigten 3D-Skelette keine Formen nötig sind. Und weil Kohlefasern aufwendig und mit hohem Energiebedarf hergestellt werden, spart die neue Technologie dank lastgerechtem Einsatz und verschnittfreiem Prozess zudem Ressourcen.
Die Einsatzfelder der neuen Hybridtechnologie sind vielfältig: Von der Luft- und Raumfahrttechnik über den Maschinenbau, die Automobilindustrie bis hin zum Energie- und Versorgungssektor sowie dem Konsumerbereich. Firmenchef Steffen Autenrieth sagt: „Bauteile können überall da zum Einsatz kommen, wo heute Metalle verwendet werden“. Was letztlich kostengünstiger, sicherer und Ressourcen schonender wäre.
Renommierte Partner wie Brose und Porsche
Entstanden ist die Rebar-Reinforcement-Technologie durch ein unlängst abgeschlossenes Forschungsprojekt, das mit Bundesgeldern finanziert wurde. Autenrieth ist hier einer von sieben Partnern: Die Führung des Konsortiums hatte das Plochinger Start-up Carbon Armors inne. Hinzu kamen die Unternehmen Brose Fahrzeugteile (Bamberg), Porsche (Weissach), Fraunhofer IGCV (Augsburg), das Ingenieurbüro Kube (Plochingen) sowie Wafios (Reutlingen).
Die Hybridtechnologie im Video
