AVK-Innovationspreis Direktgekühlter E-Motor mit FVK-Gehäuse überzeugt Jury

Die AVK - Industrievereinigung Verstärkte Kunststoffe e.V. hat ihre Innovationspreise in diesem Jahr erstmals virtuell verliehen. Das sind die Gewinner.

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AVK Industrievereinigung verstärkte Kunststoffe e.V.

In diesem Jahr haben sich insgesamt 22 Unternehmen, Institutionen und Forschungseinrichtungen für den AVK-Innovationspreis beworben. Die Auszeichnung hebt besondere Innovationen im Bereich faserverstärkte Kunststoffe (FVK) / Composites hervor. Eine Experten-Jury zeichnete nun die innovativen und nachhaltigen Entwicklungen in den drei Kategorien „Produkte und Anwendungen“, „Prozesse und Verfahren“ sowie „Forschung und Wissenschaft“ aus.

Kategorie Produkte und Anwendungen

In der Kategorie „Innovative Produkte und Anwendungen“ gewann der „direktgekühlte Elektromotor mit integralem Leichtbaugehäuse aus faserverstärkten Kunststoff – DEmiL“ des Fraunhofer-Instituts für Chemische Technologie ICT, Pfinztal mit dem Karlsruher Institut für Technologie und Sumitomo Bakelite Co., Ltd. den ersten Platz.

Dieser Hochleistungs-Elektromotor zeigt, dass faserverstärkte Kunststoffe das Gewicht und die Baugröße im Vergleich zur üblichen Metallbauweise verringern können. Der Motor erreicht eine Dauerleistung von 58 kW bei einem Gewicht von 10,5 kg. Die Leistungsdichte von 5,5 kW/kg stellt einen neuen Maßstab für großserienfähig herstellbare Elektromotoren dar. Um Composites einsetzen zu können, wurde ein Kühlsystem im Gehäuse integriert, das die enstehende Verlustwärme des Motors direkt am Ort der Entstehung ableitet.

Neue Generation duroplastischer Verbundwerkstoffe

Den 2. Platz erreichte die Firma Cidetec aus Donostia-San Sebastian in Spanien mit ihren „wiederaufbereitbaren, reparierbaren und recyclingfähigen duroplastischen Verbundwerkstoffen (3R-Composites) für wettbewerbsfähigere und nachhaltigere Industrien“. Durch dynamische und kovalente Bindung entstanden eine neue Generation duroplastischer Verbundwerkstoffe, die zusätzlich zu den bekannten Leistungsmerkmalen noch weitere, bislang in dieser Form noch nie dagewesene Eigenschaften aufweisen. Sie können einfach wieder aufbereitet, recycelt oder repariert werden.

3D-verstärkte Composites-Sandwich-Struktur kühlt im Brandfall

Auf Platz 3 kam die „brandsichere Composite Metall Hybridstruktur LEO Brandschutzsandwich mit integriertem Hyconnect Stahl-Glasshybridverbinder“ von Saertex GmbH & Co. KG und der Hyconnect GmbH.

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Dabei handelt es sich um eine 3D-verstärkte Composites-Sandwich-Struktur, in die Brandschutzlagen eingebracht werden, die im Brandfall isolieren und kühlen. Dabei können Standard-Epoxidharze bei der Vakuuminfusion verwendet werden. Bereits in diesem Prozess wird eine hybride Glas-Metallstruktur integriert, die es ermöglicht mit klassischen Metallbauteile zu verschweißen und eine brandsichere Verbindung zu generieren. Diese Brandschutzdecklage bildet im Brandfall eine Dämmschicht und schützt zusätzlich das Sandwich-Bauteil und die hybride Verbindung. Im Gegensatz zu den klassischen Metallverbunden kann durch dieses Produkt das Gewicht um bis zu 55 Prozent reduziert werden.

Kategorie Prozesse und Verfahren

Platz 1 in der Kategorie „Prozesse und Verfahren“ erhielten ROBIN und das Institut für Leichtbau und Kunststofftechnik der TU Dresden mit dem Verfahren „Robotised Injection Moulding (ROBIN)“. Durch den Einsatz von Kohlenstofffasern in einem Composite-C-Bügel einer Spritzgussmaschine ist es gelungen, die Maschine mit unter 140 kg zu bauen.

Dadurch kann die Maschine z. B. an einem Roboter befestigt und frei im Raum bewegt werden. Diese Mobilität in der Anlagentechnik führt zu einer größeren Flexibilität des Spritzgießprozesses bei der Fertigung von hybriden Bauteilen, gleichzeitig lassen sich die Leichtbauprodukte ressourcenschonend herstellen.

Omega-förmige Versteifungselemente aus Kohlenstofffaser-Epoxidharz-Prepregs

Auf Platz 2 kam der „Omega Stringer völlig von der Rolle“ des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt. Durch diesen neuen Fertigungsprozess können Omega-förmige Versteifungselemente aus Kohlenstofffaser-Epoxidharz-Prepregs hergestellt werden.

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Mit diesem Fertigungsprozess können Stringer mit geringen Kosten, ressourcenschonend und in großen Stückzahlen hergestellt werden. Die Gesamtkette kombiniert die Automated-fiber-placement (AFP)-Technologie, die einseitige Membranumformung, auch Hotforming genannt, und die Autoklavaushärtung. Das Besondere an dem neuartigen Fertigungsprozess ist das simultane Formen von Querschitten mit positiven und negativen Krümmungen.

Aluminium und CFK miteinander verbinden

Mit dem 3. Platz wurde ein Verfahren des Faserinstituts Bremen (FIBRE) und dem Fraunhofer IFAM ausgezeichnet, „Hybridguss – Herstellung intrinisischer CFK-Aluminium Verbundstrukturen im Aluminiumdruckgießverfahren.“

Mit diesem neuen Verfahren können Aluminiumlegierungen und kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe verbunden werden, indem die Thermoplastschicht aufgeschmolzen wird. Gleichzeitig erzeugt die Thermoplastschicht eine elektrochemische Trennung zwischen der Kohlenstofffaser und der Aluminiumlegierung und verhindert eine Kontaktkorrosion.

Die Festigkeit wird in der Grenzfläche zwischen der Thermoplastschicht und dem Aluminium erreicht. Das Verfahren ist ressourcenschonend und erlaubt eine Serienfertigung und kann durch das Leichtbaupotential den CO2-Ausstoß bei Fahrzeugen z. B. reduzieren.

Kategorie Forschung und Wissenschaft

In der Kategorie „Forschung und Wissenschaft“ wurde mit dem 1. Platz die FH Münster mit „neuen hochtemperaturbeständigen UP-Harzen und Zähmodifizierer“ ausgezeichnet. Das UP-Harz erreicht eine Wärmeformbeständigkeit (HDT) von beinahe 250 °C. Die bisher höchste gemessene HDT liegt bei etwa 180°C. Die photochemische und thermische Reaktivität liegt signifikant höher als bei vergleichbaren hochtemperaturbeständigen Vinylestern und -urethanen. Der Zähmodifzierer wurde auf Basis von Styrol-Maleinsäureanhydrid-Copolymerisaten entwickelt und erhöht die Zähigkeit bei Termperaturen zwischen 100 und 160 °C. Gleichzeitig wird die Reaktivität erhöht und die Oberflächenqualität des Laminats verbessert.

Negativen Einfluss von Feuchtigkeit im T-RTM bewerten

Auf Platz 2 kam das Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie ICT mit „wissenschaftlichen Grundlagen zur industriellen Anwendung des thermoplastischen Resin-Transfer Molding-Verfahren (T-RTM)“. Dieses Forschungsprojekt bewertet den negativen Einfluss von Feuchtigkeit im T-RTM. Im Prozess wird das Wasser kompensiert, um die frühere Reaktionsgeschwindigkeit bei fast gleichen Polymereigenschaften wieder herzustellen. Mit einem neu entwickelten Simulationsmodell kann der Prozess durch die Modellierung der Prozesskinetik gezielt gesteuert werden. Dies führt zu einer hohen Effizienz des Verfahrens und ermöglicht die Produktion von T-RTM-Bauteilen in der Serienfertigung.

Duroplastische Faserverbund-Bauteile im Duroplastspritzguss

Platz 3 ging an den Lehrstuhl für Kunststofftechnik der Universität Erlangen mit dem Projekt der „material- und energieeffizienten Herstellung von Turbinen-Struts durch die integrative Kombination duroplastischer faserverstärkter Werkstoffe“. Mit dem sogenannte Duro-IMF-Verfahren, das im Zuge der Forschungsarbeit entwickelt wurde, können komplexe duroplastische Faserverbund-Bauteile im Duroplastspritzguss hergestellt werden.

Das Verfahren kombiniert endlosfaserverstärkte Prepregs und kurzfaserverstärkte Formmassen im One-Shot-Prinzip. Durch die Abstimmung der Werkstoffmodifikation und der intelligenten Prozessführung reagieren die Harzsysteme der Werkstoffe während der Aushärtung im Werkzeug irreversibel miteinander, so dass ein Hybridbauteil mit hoher Verbundfestigkeit, niedrigem Gewicht und hoher Temperaturbeständigkeit sowie einer Reduzierung des Energieaufwandes und der Zykluszeit um über 50 % entsteht.

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