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Basaltfaser fordert Carbon heraus

Basaltfaser fordert Carbon heraus
Basalt – die bessere Leichtbau-Alternative

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Die Basaltfaser ist noch wenig bekannt. Umso mehr gilt es für sie eine Lanze zu brechen. Hergestellt in kontinuierlicher Endlosfasertechnik, eröffnet sie eine neue Runde im internationalen Leichtbau-Turnier. Und sie hat beste Chancen. Denn das Naturprodukt überzeugt qualitativ wie preislich.

» Rainer Kurek, Automotive Management Consulting (AMC) GmbH

Soviel ist heute schon klar: Obgleich die wirtschaftlichen Auswirkungen der Covid-19-Pandemie noch nicht final absehbar sind, gewinnen Innovationen zunehmend an Bedeutung für neue Wertschöpfungspotenziale. Dies gilt insbesondere auch für die internationale Automobilindustrie, die sich im tiefgreifenden Transformationsprozess befindet.

Vor dem Hintergrund einer immer fragileren Energieversorgung sowie verschärften Anforderungen für Umwelt- und Klimaschutz, Ressourceneffizienz und Nachhaltigkeit stehen die Automobilindustrie und die angrenzenden Branchen vor der Aufgabe, zur Einsparung von Primärenergie signifikant beizutragen. Gefordert sind Niedrigenergie- und Niedrigemissionsfahrzeuge. Diese herausfordernde Aufgabe setzt ebenso viel Innovationskraft wie Innovationskompetenz voraus.

Nicht nur Elektromobilität, Hybridantriebe und hoch effiziente Verbrennungsmotoren werden ein Kennzeichen künftiger Fahrzeuggenerationen sein, sondern vor allem auch ein systemischer und ganzheitlicher Leichtbau, um die Umwelt-, Klima- und Nachhaltigkeitsziele erreichen zu können. So sind viele politische, industrielle und wissenschaftliche Initiativen bemüht, Leichtbau für breitere industrielle Anwendungen weiterzuentwickeln und verfügbar zu machen.

Da eine Innovation aber erst dann entsteht, wenn die ihr zugrundeliegende Idee auch tatsächlich für den Markt umgesetzt werden konnte und ein entsprechendes Resultat erzielt, bleiben viele Initiativen „nur“ mutige Erfindungen, die den Weg in die breitere industrielle Anwendung nicht finden.

Qualitätssprung dank verbesserter Produktionstechnik

Hierzu gehört auch der Einsatz von Basaltfasern, die über viele Jahre hinweg keine konstante Qualität aufwiesen. Mittlerweile können sie jedoch in gleichbleibender Qualität außerordentlich ressourcen- und energieeffizient produziert werden. Prof. Markus Milwich von den Deutschen Instituten für Textil- und Faserforschung (DITF) betont, dass „die Weiterentwicklung der Produktionstechniken und die Entdeckung und Erschließung großer zusammenhängender Lagerstätten zu einer kontinuierlichen Verbesserung der Basaltqualität“ geführt habe.

Die inzwischen sehr gute Verfüg- und Verwendbarkeit gilt nicht nur für Kurz-/Langfasern von Dämmwolle, sondern insbesondere auch für endlos gezogene Basaltfaserstränge. Mittels Endlosfasertechnik lassen sich ultraleichte Hybrid-Komponenten realisieren, die der Automobilindustrie genauso dienen wie der Luft- und Raumfahrt und dem Bauwesen. Das zeigt das Foto eines einfachen Rohrspannungselements, das im ‚BFK in 3D‘-Verfahren gewickelt wurde (wobei BFK für „Basaltfaser-verstärkter Kunststoff“ steht).

„Die Prozesstechnologie“, so Claude Maack, geschäftsführender Gesellschafter des luxemburgischen Raumfahrtunternehmens Gradel, „eignet sich in außerordentlich guter Weise, gezogene Basalt-Einzelfilamente weiter zu verarbeiten und zu industrialisieren.“ Gradel realisiert die ‚BFK in 3D‘-Raumwickeltechnik mit einem 7-achsigen Industrieroboter und kann so die physikalische Reproduzierbarkeit der Komponenten sicherstellen. Entscheidend sind dafür ein genau einstellbares Faser-/Harz-Verhältnis sowie aufeinander abgestimmte Produktions-Informationssysteme, die sämtliche kombinierten Bewegungsabläufe von Industrieroboter und Bauteil prozesssicher beherrschen.

Die von Gradel eingesetzte, voll automatisierte ‚BFK in 3D‘-Anlage verfügt auch deshalb über einen ausgeprägten Innovationsgrad, weil sie definierte Faserverlegungs- und Aushärtungsprozesse ermöglicht und dafür die Freiheitsgrade von mechanisch, hydraulisch, pneumatisch und elektrisch betriebenen Anlagenelementen nutzt.

Basaltfaser mit hohem Erfolgspotenzial in der Raumfahrt

Diese Innovationstiefe zur prozesssicheren Verlegung der Einzelfilamente birgt naturgemäß hohe Risiken für den Unternehmer Maack und dessen Investoren in sich. Doch sieht er – mit angemessenen qualitativen und zeitlichen Zielsetzungen im Blick – ein enormes zukünftiges Erfolgspotenzial für ‚BFK in 3D‘-Applikationen.

Basalt wurde bisher schon beispielsweise als Hochtemperatur-Dämmmaterial eingesetzt. Doch obgleich die korrosions-, chemikalien- und temperaturbeständigen Eigenschaften seit fast 100 Jahren bekannt sind, wurden Basaltfasern bislang weniger umgesetzt als Glas- oder Carbonfasern. Der Grund: Zur Faserherstellung wird geschmolzenes Gesteinsmaterial zu Fasern ausgezogen. Schwankungen in der Qualität des Basaltgesteins waren ein Argument gegen eine breitere industrielle Anwendung. Signifikante Fortschritte in der Material-Analytik und der Prozessführung in der Herstellung lassen Basalt nun zunehmend an Bedeutung gewinnen. Bereits in der Medizintechnik, im Maschinenbau und im Bauwesen ist das Material in Form von Wolle, Geweben und Fasersträngen erfolgreich im Einsatz.

Erdkruste besteht zu 13 % aus Basalt

Da die irdischen Rohstoffe endlich sind und Basaltgestein 13 % der Erdkruste ausmacht, liefert der Rohstoff ideale Voraussetzungen für Hochleistungs-Komponenten. Dies bestätigt auch der erfahrene Geschäftsführer Kai Kisseberth von CSI Entwicklungstechnik, einem führenden deutschen Entwicklungsdienstleister. „Selbstverständlich unterliegt gutes und richtiges Innovationsmanagement speziellen Regeln und verlangt spezielles Wissen auch in der Basalt-Industrialisierung“, sagt Kisseberth. Doch Basalt-Anwendungen gehörten „zweifelsohne zu den wesentlichen Innovationstreibern der Zukunft, insbesondere auch in der Automobilindustrie. Unser Ziel ist die zeitnahe Nutzung von Basalt im High end des Automobilbaus.“

Dabei wird die Erschließung neuer Anwendungsgebiete durch durchgängig digitale Prozessketten in der simulationsgestützten Entwicklung unterstützt. Durchgängig digitale und automatisierte Prozessketten reduzieren physische Prototypen-Baustufen, was der Erreichung von Klima- und Nachhaltigkeitszielen zusätzlich dient. Hier gewinnt der Branchen-, Technologie- und Werkstoff-übergreifende Wissenstransfer an Bedeutung, um Innovations- und Wertschöpfungspotenziale wirksamer, effektiver und schneller entwickeln zu können. Zur Optimierung des Entwicklungs- und Fertigungsaufwandes eignen sich in der Praxis erprobte Managementsysteme und Methoden. Ein Beispiel ist das in der Abbildung dargestellte Instrumentarium zur Ermittlung des „Technology Value“.

Analyse des Technology Value in früher Phase

Technology-Value-Analysen orientieren sich in früher Phase an der Erfüllung anwendungs- und verfahrensbezogener Technologiemerkmale. Dazu gehören Berechnungs- und Simulationsfähigkeit, Energieaufnahmeverhalten, Gewichtseinsparungspotenzial, Einsatz-Flexibilität, Bauteil-Ästhetik und viele weitere Kriterien. Technology-Value-Analysen dienen damit dazu, die Ausgangslage einer Prozesstechnologie im Verhältnis zu deren Mitbewerbstechnologien zu evaluieren und daraus resultierend Strategien für die Vermarktung abzuleiten. Damit werden Technologie- und kaufentscheidende Produkt- und Prozessmerkmale mess- und beurteilbar.

Der Einsatz neuer Technologien und Werkstoffe erfordert in der „frühen Initialphase“ ein Festlegen der Produktkonzeption und Entwicklung, um die Vorteile stärkenkonform nutzen zu können. Dies gilt insbesondere auch für Strukturbauteile wie Streben oder Konsolen im Karosseriebau der Elektromobilität.

Basalt brennt nicht und ist chemisch sehr beständig

Basalt verfügt über eine außerordentlich gute Temperaturbeständigkeit und ist weder elektrisch leitend, noch brennbar, was für Anwendungen wie Akkumulatorengehäuse oder Crashelemente spricht. Die Beständigkeit gegenüber aggressiven Medien, UV-Stabilität, akustische Isolation und eine hohe Korrosionsfestigkeit ermöglichen auch Exterieur-Anwendungen wie Luftgitter, Außenspiegel und aerodynamische Unterstützungskomponenten wie Heckflügel oder Spoiler.

Entscheidend in der Leichtbauentwicklung ist allerdings, dass Grundlegendes vor der Konzeptentwicklung definiert wird. Dazu gehören die Prämissen für Entwicklung und Produktion, strategische Vorgaben für auslegungsbestimmende Zielgrößen und Vor-Steuergrößen bezüglich Qualität und Kosten.

Und da bei zunehmender Elektrifizierung die Reichweite, die CO2-Bilanz und die Fahragilität zu kaufentscheidenden Kriterien werden, stiften leichte Basalt-Komponenten einen ausgeprägten und hohen Kundennutzen. Dabei sind Basaltfasern nicht nur ein Naturprodukt, sondern auch günstiger als beispielsweise Carbonfasern. Die relative Qualität und der relative Preis von Basalt sprechen für die bessere Leichtbau-Alternative.

www.automotive-management-consulting.com

Kontakt:

Automotive Management Consulting (AMC) GmbH
Glaspalast
Im Thal 2
82377 Penzberg
Tel.: +49 8856 80548–50
info@automotive-management-consulting.com

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