Die Einsatzmöglichkeiten von CFK-Bauteilen faszinieren Ingenieure nach wie vor. Wenn nur das leidige Thema Kosten nicht wäre. Nun hat Schunk Carbon Technology mit Sitz im hessischen Heuchelheim eine neue Spielart der Verarbeitung von Sheet Moulding Compounds mit Carbonfasern unter dem Namen C-SMC entwickelt: Durch leistungsfähige Pressverfahren sollen die robusten Bauteile verstärkt im Volumenbereich eingesetzt werden können.
Dabei denken die Ingenieure speziell an den Ersatz gefräster Aluminiumteile, wie sie etwa in Flugzeugen und Kraftfahrzeugen als Halter für Batterien, Kabel und Motoren zum Einsatz kommen. Auch in der Maschinenindustrie und im Medizinbereich sollen die funktionalen Strukturbauteile Einzug halten.
CFK-Bauteile auf Basis von Carbonfasern ermöglichen nach Angaben von Schunk eine Gewichtsersparnis von etwa 40 % gegenüber entsprechenden gefrästen Aluminiumkomponenten und das bei etwa ähnlich hohen Bauteilkosten. „Aluminium kommt pro Kubikzentimeter auf ein Gewicht von 2,7 g, das neue Material auf 1,5 g. Dabei sind die mechanischen Eigenschaften vergleichbar“, resümiert Dr. Hartmut Groß, Leiter Advanced Solutions bei Schunk Carbon Technology.
Kurze Verarbeitungszeiten
Anders als üblich setzen die Ingenieure in den Carbon Fiber Sheet Moulding Compounds (C-SMC) genannten Halbzeugen statt Endlos(glas)fasern 50 mm lange Carbonkurzfasern ein, die beim Zulieferer zunächst zu Matten verarbeitet und in Epoxidharz eingebettet werden. Bei Schunk wiederum werden die teigartigen Platten durch Pressen in die endgültige Form gebracht. „Das ermöglicht kurze Verarbeitungszeiten, die wir für Volumenteile benötigen, aber mit alternativen Verfahren wie Harzinjektion nicht erreichen können“, sagt Groß.
Überhaupt ist das Verfahren vergleichsweise einfach in der Handhabung, da die zugelieferten Matten von Schunk in nur einem Schritt verarbeitet werden können. „Der Prozess ist so simpel wie Spritzguss, sobald der Prozess steht“, sagt Groß. „Wir haben keine komplizierten Lagenaufbauten, die Abläufe sind einfach und können hochautomatisiert ablaufen, und das bei kurzen Zykluszeiten und gleichbleibend hoher Qualität.“
Die C-SMC-Halbzeuge sind eine vergleichsweise neue Entwicklung. Erst seit knapp drei Jahren bieten Zulieferer die Vorprodukte mit einer Matrix aus Epoxidharz oder einem anderen Kunststoff in einem Umfang an, der eine breitere industrielle Verarbeitung erlaubt. Bei Schunk wiederum lag die Aufgabe, die passende Presstechnik für die Compounds zu finden und auszulegen. „Wir profitieren hier von unserer Erfahrung mit uniaxialen Verfahren“, meint Groß.
Elektromobilität im Blick
Ein besonders weites Einsatzfeld für die neuen Strukturbauteile sieht das Unternehmen in der Elektromobilität. Dort kämpfen die Entwickler um jedes Gramm Gewicht, um einerseits die Reichweite der Fahrzeuge zu erhöhen, andererseits die Lebenszeit der Batterien zu verlängern. „Dabei können wir selbst komplexe Formen ermöglichen, bei denen bisher Fräsverfahren im Vorteil waren“, sagt Groß. Auch Änderungen in der Wandstärke seien bei den Teilen gut umsetzbar, die im Temperaturbereich von -60 bis 200 °C stabile Eigenschaften aufwiesen.
Den Anstoß zur Entwicklung gab eine Kundenanfrage, bei der ein Faserverbundbauteil aus mehreren Komponenten zu entwickeln war und sich die strikten Gewichtsvorgaben nur durch Einsatz von C-SMC-Komponenten realisieren ließen. Innerhalb von wenigen Monaten brachten die Schunk-Ingenieure das Verfahren zur Einsatzreife, das noch 2018 in den Echtbetrieb übergehen wird.
„Wir stehen noch am Anfang“, sagt Hartmut Groß, „aber wir sehen Potenziale und Interesse bei den Herstellern: zunächst in Automobilen der Oberklasse, getrieben von der E-Mobilität, mittelfristig in der Luftfahrt und in der Robotik.“ Denn die Greifer von Produktionsrobotern lassen sich mit C-SMC-Bauteilen leichter und stabiler ausführen.
Industrial Supply – Zentrum der Zulieferindustrie
Mehr über Produkte und Lösungen der Schunk Carbon Technology erfahren Besucher in Halle 5 (Stand A18) der Hannover Messe 2018 vom 23. bis 27. April. Dort präsentiert das Unternehmen im Rahmen der Industrial Supply, der internationalen Leitmesse für innovative Zulieferlösungen und Leichtbau, seine Produkte und Services. Geschätzt mehr als 80 000 Besucher werden in diesem Jahr auf der branchenübergreifenden Schau in den Hallen 3 bis 5 erwartet, davon 95 % Fachbesucher und gut 40 % aus dem Ausland. Kernthemen der Industrial Supply sind Global Sourcing und die Arbeit in Netzwerken (Smart Supply). Das spiegelt sich in den Formaten der Messe wieder, etwa der neuen Integrated Lightweight Plaza, dem zentralen Zulieferforum und den Highlights@IndustrialSupply. Weitere Synergien ergeben sich aus der Cemat: Die Weltleitmesse für Intralogistik und Supply Chain Management findet erstmals zeitgleich zur Hannover Messe statt.
Auf der Hannover Messe präsentieren sich viele Zulieferer als Entwicklungspartner auf Augenhöhe. Bild: Deutsche Messe
