Die AVK – Industrievereinigung Verstärkte Kunststoffe e.V. hat ihre Awards in den Kategorien „Produkte und Anwendungen“, „Prozesse und Verfahren“ sowie „Forschung und Wissenschaft“ ausgeschrieben. Bewertet wurden sie von einer Jury aus Ingenieuren, Wissenschaftlern und Fachjournalisten anhand von Kriterien wie Innovationshöhe, Realisierungsgrad und Nachhaltigkeit. Hier die Gewinner – wer sich darüber hinaus über die Plätze 2 und 3 informieren will, findet sie direkt im Pressebereich für den AVK-Innovationspreis 2024.
Kategorie „Innovative Produkte und Anwendungen“
Den 1. Platz in der Kategorie Anwendungen belegten die Firmen Thoenes Dichtungstechnik, Rauch Landmaschinenfabrik und das Institut für Leichtbau und Kunststofftechnik ILK der TU Dresden mit ihrer Innovation „Nachhaltiges Düngerstreuergestell: Leichtbau mit thermoplastischen Carbon-PA6 Hohlprofilen“.
Im Projekt Le²Gro wurde ein Leichtbaudüngerstreuergestell mit einer Spannweite von über 36 m entwickelt. Die Konstruktion besteht aus thermoplastischen, endlosfaserverstärkten Hohlprofilen, die mithilfe eines fortschrittlichen Schlauchblasverfahrens hergestellt werden. Diese Bauweise reduziert das Gewicht des Gestells von 2000 kg auf 1140 kg um 43 %, was sowohl den Treibstoffverbrauch als auch die Bodendruckbelastung verringert und die Zuladungskapazität erhöht. Zusätzlich ermöglicht die verbesserte Fertigungstechnik eine höhere Effizienz in der Produktion und erlaubt die Integration von Funktionen wie das Fördern von Material direkt durch das Gestänge im Endteil.
Das Gestell wird durch metallische Knotenstrukturen verbunden, die in Kombination mit thermoplastischen Lasteinleitungselementen eine steife und langlebige Fachwerkstruktur schaffen. Der Gesamtprototyp Düngerstreuergestells wurde aktuell erprobt und die Markteinführung wird in den kommenden Jahren angestrebt. Die Technologie bietet nicht nur Potenzial für die Landtechnik, sondern auch für andere Industrien wie den Zeltbau oder den Sondermaschinenbau.
Auch die Nachhaltigkeit hat die AVK im Fokus: Neben reduzierten CO2-Emissionen durch den geringeren Treibstoffverbrauch sei das Material schlagzäher, leichter reparierbar und recycelbar, was die Lebensdauer und Umweltfreundlichkeit des Produkts weiter erhöhe. Das Projekt wurde vom Bundeswirtschaftsministerium BMWK im Rahmen des Technologietransfer-Programms Leichtbau (TTP LB) gefördert.
Kategorie „Innovative Prozesse/Verfahren“
Rehau Industries landete zusammen mit den Projektpartnern Anybrid und CQFD Composites auf Platz 1 der Kategorie Verfahren. Die Einreichung lautete „Verarbeitungsverfahren von thermoplastischen Composites in einer Prozesskette zur Herstellung von Bauelementen“.
Die hier betrachtete Prozesskette setzt sich aus dem Produzieren thermoplastisch pultrudierter und co-extrudierter Profile zusammen in Kombination mit der automatisierten Rahmenfertigung im Montagespritzguss. Sie bietet Potentiale für verschiedene Anwendungen.
Auf der diesjährigen internationalen Fensterbaumesse Fensterbau Frontale 24 wurde zum Beispiel ein funktionstüchtiger Prototyp eines Fensterelements ausgestellt, das mit einem solchen Verfahren hergestellt wurde. Das thermoplastische Pultrudat mit bis zu 85 Gewichts-% Glasfaserverstärkung bietet sehr gute Eigenschaften ganz ohne Stahlverstärkungen. Insbesondere bei Fenstern sorgt der Verzicht auf Stahl für Vorteile in den Bereichen Logistik, Fertigung und Wärmedämmung. Aufgrund des thermoplastischen Charakters des Profils ergeben sich weitere Vorteile, sowohl für mehr Nachhaltigkeit als auch zur möglichen Funktionsintegration.
Spritzgießroboter „montieren“ die Rahmenprofile
So können beispielsweise Verschnittreste, die bei den Gehrungsschnitten im Fensterbau anfallen, regranuliert und erneut für Fensteranwendungen genutzt werden. Das Rezyklat wird mittels Spritzgießen zu Eckverbindern verarbeitet, die vor der automatisierten Montage in die Profile eingelegt werden. Doch auch die Herstellung kurzglasfaserverstärkter extrudierter Profile ist möglich. Montiert werden dieFensterrahmen hochautomatisiert durch mobiles Spritzgießen, wobei je nach geforderter Produktivität bis zu vier Roboter simultan die Ecken fügen.
Jeder Prozessschritt wurde in langjähriger Zusammenarbeit mit verschiedenen Partnern entwickelt und umfangreich erprobt, um Reproduzierbarkeit bei maximaler Materialausnutzung sicherzustellen. Diese Innovation repräsentiert einen bedeutenden Fortschritt in der Produktion von Composite-Profilen. Laut AVK hat sie das Potential, die Standards der Branche neu zu definieren, nicht nur bei Fenstern.
Kategorie „Forschung und Wissenschaft“
Das Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie (ICT) setzte sich in der Forschungs-Kategorie auf Platz 1 mit der „Verarbeitung kreislauffähiger Monomaterial- Sandwichstrukturen in großserienfähigen Prozessen“.
Genau hier hinken Composites ja nach: Sie erzielen zwar beeindruckende Leichtbau-Effekte, doch eine Wiederverwendung in der gleichen Anwendung gibt es bisher de facto nicht. Hier setzt die Forschungsarbeit des ICT an: Der im Leichtbau weitverbreitete Multi-Material-Design-Ansatz wurde neu gedacht und in einen Multi-Morphologie-Ansatz verwandelt, bei dem nur ein Material verwendet wird.
Hierzu optimierten die Forscher marktverfügbare, selbstverstärkte Materialien und Schäume und entwickelten neue großserienfähige Füge-, Umform- und Funktionalisierungsprozesse. Ein tiefes Verständnis der Wirkmechanismen im Material wie die Kristallisationskinetik, Zellmorphologie und der Schmelzviskosität bildet die Grundlage dieses Ansatzes. Die erarbeitete Prozesskette vom Halbzeug hin zu komplexen Bauteilen wurde anschließend anhand einer automobilen Sitzstruktur validiert.
Komplexe Composites aus nur einem Material
Selbstverstärkte Organobleche sind seit mehreren Jahren auf dem Markt, haben jedoch aufgrund von Steifigkeitsdefiziten eingeschränkte Einsatzgebiete. Die klebstofffreie Kombination mit thermoplastischen Schäumen mit identischem Grundpolymer führte nun zu gewichtsspezifischen Biegesteifigkeiten wie bei konventionellen FVK. Für dieses Ergebnis ist die Temperaturführung über der Prozesskette entscheidend, damit eine Relaxation der Verstärkungsfasern vermieden und so die mechanische Performance aufrecht erhalten bleibt.
Die im Multi-Morphologie-Ansatz gefertigten Bauteile bestehen aus nur einem thermoplastischen Kunststoff – eine vollständige Kreislaufführung wird möglich. Der Ansatz wurde für rezyklatbasiertes PET und biobasiertes PLA realisiert und reduziert damit die Neuproduktion entsprechender petrobasierter Kunststoffe. Bei der Entwicklung arbeiteten die Fraunhofer-Forscher eng mit Partnern entlang der Wertschöpfungskette zusammen mit dem Ziel, den neuen Design-Ansatz vom Technikum in die Industrie zu überführen. Mögliche Anwendungen finden sich in den Sport- und Freizeitbranchen sowie bei semi-strukturellen Bauteilen der Mobilitätsbranche. Auch zum Klimaschutz beitragen kann Leichtbau aus nur einem Material, indem er entstehende Treibhausgase minimiert und weitere Kunststoffabfälle vermeidet, merkt die AVK noch an.
Rennradrahmen aus Carbon-Rezyklat
Dass sich auch ein Blick auf die jeweiligen Plätze 2 und 3 des AVK-Innovationspreises über die Vereins-Homepage lohnt, zeigen diese beiden Beispiele, hier nur kurz angerissen: Spin entwickelte den ersten Highend-Rennradrahmen aus rezyklierten Kohlenstofffasern (Platz 3, Anwendungen). Und bei der Kanalsanierung ohne Aufbuddeln ermöglicht es Netzsch Process Intelligence mit Projektpartnern, das Aushärten in Echtzeit zu überwachen, zu dokumentieren und an eine Auswerteeinheit zu übermitteln. (os)
