Was ist eigentlich...?

Hier veröffentlichen wir Aktuelles und Wissenswertes aus den Themenbereichen Management und Technologie in Fachbeiträgen von unseren Referenten, Trainern und Gastautoren. Schauen Sie gern regelmäßig vorbei – es lohnt sich am Ball zu bleiben.

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Carbonwerkstoffe, Gewichtsreduzierung, Energieeffizienz, Serienfertigung, Automatisierung, Kostenreduzierung – das sind derzeit die gängigen Schlagworte wenn es um das Thema Leichtbau geht. Schon seit Jahrzehnten werden im Flugzeugbau CFK-Materialien eingesetzt – mittlerweile besteht die Außenhaut des Dreamliners von Boeing schon heute zu 60 Prozent aus carbonfaserverstärkten Kunststoffen (CFK). Das Interesse an faserverstärkten Materialien steigt kontinuierlich, auch in Branchen außerhalb der Luft- und Raumfahrt.
Leichtbaustrategie – leicht gewählt?

Höhere Anforderungen in den Bereichen Komfort, Entertainment und Sicherheit haben das Gewicht von Personenfahrzeugen in der Vergangenheit deutlich steigen lassen. Mit passivem Leichtbau, also der nachgeschalteten Materialreduzierung, hat die Automobilindustrie schließlich in den vergangenen zehn Jahren versucht, das Fahrzeuggewicht in den Griff zu bekommen. Vor dem Hintergrund der EU-Verordnung zur Verminderung der CO2-Emissionen reicht eine Gewichtsstagnation für die Zukunft aber nicht mehr aus – vielmehr gilt es, die Gewichtsentwicklung umzukehren. Mit Hilfe des aktiven Leichtbaus, also der Verwendung leichterer Materialien und Bauweisen, könnte der CO2-Ausstoß bis 2020 auf durchschnittlich 95 g/km gesenkt werden.
Es begann als Laufrad und wird nun schrittweise zu einem ausgewachsenen Mountainbike für den kleinen Jasper – dem mittlerweile 5-jährigen Sohn von Prof. Dr.-Ing. Mark Siebert, Experte für Faserverbundwerkstoffe am PFH Hansecampus Stade.
Als schwarzes "Hightech-Plastik" oder auch "Black Metal" bieten Carbonfasern hervorragende Materialeigenschaften. Im Flugzeugbau verdrängen sie zunehmend den klassischen Werkstoff Aluminium und im Automobilbau machen sie dem guten alten Stahl Konkurrenz.
Mittlerweile besteht die Außenhaut des Boeing-Dreamliners zu 60 Prozent aus carbonfaserverstärkten Kunststoffen. Und das Interesse an faserverstärkten Materialien steigt weiter kontinuierlich, auch in Branchen außerhalb der Luft- und Raumfahrt.
Zum heutigen Zeitpunkt ist der Einsatz von langfaserverstärkten Verbundwerkstoffen wie GFK (Glasfaserverstärkte Kunststoffe) und CFK (Kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe) ein fester Bestandteil bei Leichtbaustrukturen, die im Kleinserienmaßstab gefertigt werden. Darüber hinaus steigt der Anteil an CFK-Strukturen seit über 20 Jahren im Großflugzeugbau kontinuierlich an, da hier das eingesparte Strukturgewicht mit einem erheblichen wirtschaftlichen Vorteil einhergeht.
Im Flugzeugbau sind sie bereits Alltag und für die Automobilindustrie eröffnen sie ganz neue Möglichkeiten. Auch extrem leichte Fahrräder oder Rollstühle, die man mit einer Hand bequem in der Luft halten kann, enthalten meist Faserverbundwerkstoffe.
Nanocomposites, bestehend aus einer Polymermatrix mit eingebetteten Nanopartikeln, finden zunehmend Anwendungen. Sie kommen etwa im Leichtbau, als funktionale Beschichtungen oder in der Elektrotechnik zum Einsatz.
Was ist eigentlich "CFK-Replacement"?

Grundsätzlich bezeichnet "CFK-Replacement" den Austausch beziehungsweise das Ersetzen von Bauteilen aus klassischen Metallen (Edelstahl, Aluminium u. ä.) oder Kunststoffen (zum Beispiel PVC), durch Rohre, Platten, Stäbe und andere Bauteile aus carbonfaserverstärktem Kunststoff (CFK). Das Ziel ist es, mithilfe des neuen Kunststoffes und dessen vielfältigen erwünschten Materialeigenschaften neue Produkteigenschaften zu erzielen oder Maschinen beziehungsweise ganze Anlagen effizienter arbeiten zu lassen.
Ging man seit den 60er Jahren von dem Paradigma beliebig verfügbarer Energie aus (friedliche Nutzung der Kerntechnik, kommende Verfügbarkeit der Kernfusion), so ist die Begrenztheit globaler Ressourcen heute längst in das allgemeine Bewusstsein gerückt. Sozio-ökonomische weltweite Mega-Trends (vgl. Abb. 1) und daraus folgende europaspezifische Entwicklungstreiber (vgl. Abb. 2) erlauben es, einen methodisch gesicherten Blick in unsere globale Kristallkugel zu lenken und eine Vorstellung von sich abzeichnenden übergreifenden Veränderungen zu erhalten.