Automatisiert punkten

Faserverstärkte Kunststoffe sind extrem leicht und trotzdem sehr fest. Das bietet Chancen für viele Anwendungen. Nur ist es derzeit noch sehr schwierig, maßgeschneiderte Bauteile aus diesen Materialien herzustellen. Zwar werden solche Werkstoffe bereits seit Jahren im Flugzeugbau oder auch bei Windkraftanlagen eingesetzt. Dort geht es aber meist nur um geringe Stückzahlen, was bei den Herstellverfahren mehr Spielraum auch für aufwendigere Prozesse lässt. Für den Einsatz in der Großserie sind diese Verfahren aber nicht oder nur bedingt geeignet.

Das war bisher Pech zum Beispiel für die Automobilindustrie. Zum Energiesparen wären Fahrzeuge nach Leichtbauprinzipien höchst willkommen. Diese wurden bisher vor allem mit Leichtmetallen wie Aluminium und Magnesium umgesetzt. Faservertstärkte Kunststoffe sind aber gerade hierfür auch höchst interessant.

Daher suchen Kasseler Forscher nach Optimierungsmöglichkeiten, wollen das Verarbeiten faserverstärkter Kunststoffe automatisieren und darüber hinaus die Qualität des Werkstoffs verbessern. Dafür arbeiten sie mit Wissenschaftlern aus zwölf Forschungsinstituten und Industriepartnern zusammen. Gefördert wird das Projekt von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und der Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AiF).

Bisher werden faserverstärkte Kunststoffe aus mehreren Lagen Textilien hergestellt. Um diese miteinander zu verbinden, wird großflächig Klebstoffpulver aufgetragen. Dann wird das Bauteil mit Epoxydharz oder Polypropylen (PP) getränkt und ausgehärtet. Dieser Prozess wird auch als Resin Transfer Moulding bezeichnet, oder kurz RTM-Verfahren. Der Nachteil dabei: Der großflächig aufgetragene Klebstoff wirkt wie eine Sperrschicht. Die miteinander verklebten Textilfasern – die so genannte Preform – können Harz oder PP gar nicht optimal aufnehmen. Zudem entstehen Luftblasen, die das Material beeinträchtigen. Dieser Effekt wirkt sich auch auf das daraus gefertigte Bauteil aus.

Der Ansatz der Kasseler und ihrer Partner soll das nun umgehen. Am Anfang steht auch hier eine Preform aus mehreren Lagen Textilfasern. Der Klebstoff wird aber nicht großflächig als Pulver aufgebracht. Er wird vielmehr verflüssigt, so dass man ihn nur noch an wenigen Stellen als Punkte oder Linien auf die Textilschichten auftragen kann. Auch die Klebstoffe wurden so gestaltet, dass sie möglichst nicht in die Faserbündel eindringen.

Sind die Textilschichten erst einmal so verbunden, werden sie unter hohem Druck in eine Form gepresst und dabei mit Harz oder PP getränkt. Das kann das Material besser aufnehmen, da kein Klebstoff im Weg ist. Daher härten die so hergestellten Teile besser aus und enthalten weniger Luftblasen. Auch werden die Teile steifer als durch großflächiges Kleben.

Während das Aufbringen des bisher üblichen Klebstoffpulvers noch teils von Hand erfolgen musste, kann der flüssige Klebstoff leichter maschinell aufgebracht werden. Das neue Verfahren eignet sich daher auch für den automatisierten Einsatz, wie er für die Autoindustrie unerlässlich ist. op

Weitere Informationen Prof. Dr. Stefan Böhm, Fachgebiet Trennende und fügende Fertigungsverfahren an der Uni Kassel E-Mail: s.boehm@uni-kassel.de www.uni-kassel.de