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Leichtbau

Herstellung von CFK-Bauteilen um 50 Prozent günstiger machen

| Redakteur: Katharina Juschkat

Forscher des Fraunhofer IPA ist es gelungen, die Nachbearbeitung von CFK-Bauteilen zu automatisieren, sodass sich Werkstücke um bis zu 50 Prozent wirtschaftlicher herstellen lassen. Ein Demonstrator steht im Fraunhofer IPA.

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Die feinen CFK-Stäube, die beim Fräsen anfallen, sind gesundheitsschädigend und wirken abrasiv. Düsen blasen sie deshalb in eine Absauganlage.
Die feinen CFK-Stäube, die beim Fräsen anfallen, sind gesundheitsschädigend und wirken abrasiv. Düsen blasen sie deshalb in eine Absauganlage.
( Bild: Fraunhofer IPA/Rainer Bez )

Kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe (CFK) sind ähnlich stabil wie Stahl, aber achtmal leichter und deshalb prädestiniert als Karosseriewerkstoff von Elektrofahrzeugen – denn je leichter das Fahrzeug, desto länger hält der Akku. CFK ist sogar dreimal leichter als Aluminium – Nachteil sind jedoch die hohen Herstellungs- und Bearbeitungskosten.

Nachbearbeitung per Hand ungenau und gesundheitsschädlich

Das liegt auch daran, dass vieles bis heute von Hand erledigt wird: Werker nehmen frisch gefräste Bauteile aus der Maschine, beseitigen überstehende Fasern und reinigen sie für die nachfolgende Versiegelung der Kanten. „Das ist nicht prozesssicher“, bemängelt Philipp Esch von der Abteilung Leichtbautechnologien am Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA), „weil Werker ein und dieselbe Kante subjektiv unterschiedlich bewerten.“ Hinzu kommt: Die feinen CFK-Stäube, die beim Fräsen anfallen, sind gesundheitsschädigend und wirken abrasiv. Sie erhöhen also den Verschleiß bestimmter Maschinenkomponenten, wenn sie sich darauf absetzen.

Die Herstellung von CFK-Werkstücken wäre um 50 Prozent wirtschaftlicher, gäbe es eine Maschine, die die Leichtbauteile nicht nur bearbeitet, sondern auch automatisiert abmisst und versiegelt. Eine solche haben nun Esch und andere Forscher vom Fraunhofer IPA, die Firma Homag Holzbearbeitungssysteme GmbH sowie weitere Partner aus der Industrie gemeinsam entwickelt. Die Bearbeitungsmaschine steht als betriebsbereiter Demonstrator in einer Halle auf dem Gelände des Fraunhofer IPA.

Wie die Bearbeitungsmaschine funktioniert

Forscher vom Fraunhofer IPA haben zusammen mit Partnern aus der Industrie eine Maschine entwickelt, die Leichtbauteile nicht nur bearbeitet, sondern auch automatisiert abmisst und versiegelt.
Forscher vom Fraunhofer IPA haben zusammen mit Partnern aus der Industrie eine Maschine entwickelt, die Leichtbauteile nicht nur bearbeitet, sondern auch automatisiert abmisst und versiegelt.
( Bild: Fraunhofer IPA/Rainer Bez )

Führt ein Werker der Maschine ein endkonturnah hergestelltes CFK-Bauteil zu, fräst sie es zunächst hochpräzise und verleiht ihm so die gewünschte Form. Eine Abrasivbürste entfernt danach alle überstehenden Fasern. Düsen blasen die feinen CFK-Stäube in eine Absauganlage. Diese filtert den Staub heraus, ehe sie die Luft an die Umgebung abgibt. Vorzeitiger Verschleiß an der Maschine wird so unterbunden.

Per Streifenlichtprojektion tastet ein Sensor das CFK-Werkstück ab. So entsteht eine Punktwolke, in der spezielle Algorithmen eventuelle Abweichungen von der Idealkontur erkennen. Bewegen sich die Abweichungen innerhalb der Toleranz, versiegelt die Bearbeitungsmaschine anschließend die Kanten mit einem Flüssiglack. Dieser wird anschließend mit ultraviolettem Licht bestrahlt und härtet umgehend aus – das Bauteil ist fertig.

„Wir haben ein modulares, voll-integriertes Maschinenkonzept entwickelt“, sagt Esch. Die einzelnen Prozessschritte können also in beliebiger Reihenfolge ablaufen, lassen sich mit anderen kombinieren und auf andere Bauteilgeometrien anpassen. Noch nicht einmal beim Werkstoff ist CFK Complete festgelegt: „Unsere Maschine könnte genauso gut Holz, Aluminium oder Metallkomponenten fräsen, nachbearbeiten und lackieren“, erklärt Esch. Die Forscher und ihre Projektpartner passen die Bearbeitungsmaschine an Bedürfnisse interessierter Anwender an.

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