Mit Leichtbauwerkstoffen in die mobile Zukunft

Prof. Dr.-Ing. Unckenbold zum wachsenden Einsatz von Composites weltweit nach einer Studie vom CFK-Valley Stade, VDMA und Carbon Composites.
Autor: Prof. Dr.-Ing. Wilm F. Unckenbold

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.

Wachsender Einsatz langfaserverstärkter Verbundwerkstoffe

 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. So wird auch in einer aktuellen gemeinsam von AVK, CCeV, CFK-Valley Stade e.V. und VDMA Forum Composite Technology durchgeführten Befragung eine generell positive Entwicklung des gegenwärtigen und zukünftigen Composite-Marktes von den Mitgliedsunternehmen dieser Vereine bzw. Organisationen genannt.

 

 

Diagramm Composites Markterhebung 2013 (Quelle: Composites-Markt-Erhebung von AVK, CCeV, CFK-Valley Stade und VDMA Forum Composite Technology, Juli 2013)

 

Die Lage für Europa wird zwar etwas kritischer eingeschätzt als für den weltweiten (79%) und den rein deutschen Markt (83%), mit aber immerhin noch 60% positiver oder sehr positiver Bewertung wird auch für den europäischen Markt eine grundsätzlich positive Entwicklung gesehen (vgl. Abbildung). Der Automobil- und Luftfahrtsektor sind die Branchen mit den höchsten Wachstumsimpulsen. Hinsichtlich Werkstoffen werden CFK und GFK die größten Wachstumschancen eingeräumt. 

Wettbewerbsfähigkeit durch angepasste Fertigungsverfahren für Composite-Strukturen

In den letzten Jahren wurden die Fertigungsverfahren wie RTM (Resin Transfer Molding) oder Presstechnik für Faserverbundstrukturen kontinuierlich optimiert, wobei in einzelnen Fällen das Ziel einer vollautomatischen Bauteilfertigung bereits realisiert werden konnte. Vor diesem Hintergrund rückt die ganzheitliche Wirtschaftlichkeit eines faserverstärkten Werkstoffes in greifbare Nähe, so dass diese Werkstoffe zunehmend in der Serienfertigung von einigen 10.000 Teilen pro Jahr zum Einsatz kommen. Hierdurch wird das breite Spektrum der Leichtbauwerkstoffe und -konzeptionen um einen weiteren Meilenstein erweitert. 

Hybridbauweise: Zukunftsmodell und Herausforderung zugleich

In den meisten Branchen gilt der Multi-Material-Grundsatz, d. h. für jede spezifische Anwendung wird der dafür am besten geeignete Werkstoff eingesetzt, sofern dies aus technischer, wirtschaftlicher und ökologischer Sicht vertretbar ist. Damit haben weitere Werkstoffe wie Aluminium, Magnesium und faserverstärkte Kunststoffe wieder größeres Interesse gefunden. Mit dem zunehmenden Einsatz von faserverstärkten Leichtbauwerkstoffen geht ein tiefes Verständnis für die komplexen Zusammenhänge bei Mischbauweisen aus metallischen Werkstoffen und Faserverbundwerkstoffen, sogenannte Composite-Metall-Hybride, zwingend einher.

 

So können elektrochemische Vorgänge die Korrosion des metallischen Werkstoffes im direkten Kontakt mit CFK beschleunigen. Darüber hinaus sind die Wärmeausdehnungskoeffizienten von faserverstärkten Werkstoffen in der Regel deutlich geringer als die der metallischen Leichtbauwerkstoffe. Diese beiden Gegebenheiten beeinflussen die Gestaltung der Verbindungszone insbesondere dann, wenn CFK mit Aluminium verbunden werden soll. Dennoch liegt in den Hybridbauweisen ein enormes Zukunftspotenzial. Gleichzeitig sind aber noch einige Herausforderungen zu bewältigen. Dabei kommt beispielsweise der Fügeverbindung zwischen artgleichen Materialien und insbesondere zwischen zwei unterschiedlichen Werkstoffen eine zentrale Rolle zu.

 

Das Verständnis für die komplexen Zusammenhänge bei der Konzeption und Umsetzung von Faserverbundstrukturen und Hybridbauweisen mit Faserverbundstrukturen ist ein essentieller Bestandteil der vielfältigen Seminare, die von der Management & Technologie Akademie (mtec-akademie) angeboten werden. Diese Seminare werden von Experten mit langjährigen praktischen Erfahrungen im Zielfeld Faserverbundstrukturen gehalten. Hierdurch werden die Teilnehmer in die Lage versetzt, kritische Pfade im Zuge einer Realisation von Faserverbundstrukturen frühzeitig zu erkennen und sowohl durch wirtschaftliche als auch durch faserverbundgerechte Maßnahmen zu kompensieren. 

 


Autor: Prof. Dr.-Ing. Wilm F. Unckenbold

Unsere Referenten aus Forschung und Wirtschaft decken die gesamte Prozesskette in der Faserverbundtechnologie ab. Finden Sie hier mehr: