Lexikon

Mit Composite-Teile (Umgangssprachliche) werden Teile aus Verbundwerkstoff bezeichnet. Ein Verbundwerkstoff besteht aus zwei oder mehr Werkstoffen.

Der Einsatz von Composite-Bauteilen in den Branchen Flugzeug- und Fahrzeugbau, in der Windanlagenindustrie und immer mehr auch im konventionellen Maschinenbau zeigt die vielfältigen Möglichkeiten, in denen die unterschiedlichen Materialien innerhalb solcher komplexen Produktstrukturen ihren Platz an der Stelle einnehmen, für die sie am besten geeignet sind und ausreichende Eigenschaften mitbringen.

Ein Verbundmaterial hat andere Eigenschaften und Parameter als die einzelnen Werkstoffe in diesem Verbund.

Dies erfordert vor allem in der Gestaltung und Auslegung des Bauteils viel Erfahrung und unter anderem anwendungstechnisches Wissen für diese Werkstoffe.

Keim beweist dies schon seit Jahrzehnten mit Composite-Duroplastteilen aus den verschiedensten Glasfasertypen undHarzmischungen. In enger und konstanter Zusammenarbeit mit den kompetenten Zulieferer dieser Branche garantiert Keim ein bedarfsgerechtes, hohes Qualitätsniveau  bei den Bauteilen wie auch in der gesamten Prozesskette bis zur Lieferung. Die konsequente Umsetzung der Produktkonstruktionsdaten vom Kunden in den eigenen Formenbau und in die benötigten Vorrichtungen für Fräsnachbearbeitung und Montage garantieren geringst-mögliche Einzeltoleranzen und dadurch auch optimale, reproduzierbare Gesamttoleranzen aus  der Prozesskette.

Dieses hohe Fertigungspotential ist Kernpunkt auch für die Erweiterung und Entwicklung von Keim unter anderem in die Welt der Kohlenstofffaser. Die Einsatzmöglichkeiten und –notwendigkeit dieses Werkstoffes hat Joachim Keim frühzeitig erkannt und arbeitet verstärkt an der Weiterentwicklung der RTM-Fertigungstechnik zum wirtschaftlichen Einsatz von hochwertigen Fasern für hochwertige Produkte.

  • Duromere
  • Polymerwerkstoffe

Kunststoffe, die nach der Aushärtung nicht mehr verformbar sind.

lange , dünne Faser aus Glas

 

 

  • Carbon
  • carbon fibre  

lange, dünne Faser ( 5-8 µm) aus kohlenstoffhaltigem Material

Kohlenstofffaser-Bauteile als wichtige Leichtbaukomponenten in Flug- und Fahrzeugen rücken immer stärker in den Fokus der Konstrukteure und Entwickler. Unter dem Druck des Energiesparens, Kostensenkens und des immer stärker werdenden Wettbewerbs vor allem im Automobilbau haben sich fast alle großen Autobauer unter anderem dem ThemaLeichtbau durch Fasertechnologie angenommen. Durch Beteiligungen an Kohlefaserherstellungs- und verarbeitungsunternehmen bauen sich namhafte Autobauer eigene Netzwerke/Prozessketten für Verbundfaserteileauf und versuchen dadurch auch die Entwicklungspotentiale und Forschungskapazitäten an sich zu binden. Der serienmässige Einsatz von Faserbauteilen unter Verwendung von Kohlefasern steckt noch in den Anfängen, und es werden noch einige Jahre an Entwicklung, Forschung und Umsetzungsanstrengung erforderlich sein.

Leichtbau mit Kohlenstofffaser

Im Vergleich mit Metallstrukturen bieten Kohlefaserbauteile höhere Varianten zum Beispiel in der Bauteiledicke. Dazu kommt, dass Matrix (Harz) und Faser unterschiedliche Eigenschaften besitzen. In einem Faserverbundbauteil ist die Faser das lasttragende Element, die Matrix das formgebende und kraftübertragende, über die Verbindung Harz-Oberfläche-Faser. Die unterschiedlichen Merkmale der einzelnen Komponenten bringen im Faserverbund heute noch nicht genauer definierbare Eigenschaften hervor, sodass eine sichere Simulation und Vorberechnung noch nicht möglich ist. Das bedeutet, dass genaue Konstruktionsmodelle für Faserbauteile mit geringer Herstellabweichung, wie heute im Metallbereich Standard, noch nicht vorhanden sind. Durch den anforderungsgerechten, teilespezifisch konstruierten Faseraufbau entsteht immer wieder ein „neuer“ Werkstoff, das Verbundmaterial für das definierte Kohlefaserbauteil.

Produktionsprozess mit Kohlenstofffaser

In der Herstellung der Faserverbundbauteile ist das Bestreben, die Fertigungskosten vergleichbar zu den Metallbauteile zu senken im vollem Gange. Die aktuellen Kosten-Differenzen liegen sowohl  in dem Preis der Halbzeuge (Gewebe, Gelege) wie auch im Fertigungsprozess selbst. Der Produktionsprozess zur Herstellung eines Carbonbauteils beinhaltet eine hohen Anteil an kostenintensivem manuellen Aufwand, Verbindungen mit anderen Bauteilen zu Baugruppen sind aufwendig und belasten das Kohlefaserteil zusätzlich. Die Anisotropie der Faser, also ihre geringere Festigkeit in abweichender Faserrichtung gegenüber den isotropen Metalleigenschaften, erfordert ein anderes Denken und Handeln über die gesamte Prozesskette von der Konstruktion bis zum Einsatz des Faserverbundbauteils.

Mit exzellenten Kenntnissen und langjähriger Erfahrung in der Glas-Fasertechnologie und dem RTM – (Resin-Transfer-Moulding) Verfahren entwickelt und forscht Keim an der wirtschaftlichen Umsetzung / Produktion mit Fasern aus Kohlenstoff. Zielprojekte sind Prototypen und Kleinserienbauteile. Mit der Kenntnis der teuren Gewebe und Gelege aus Kohlenstofffasern geht Keim den Weg Rovings zu verarbeiten. Carbon-Rovings sind auch das Ausgangsmaterial für die Gewebe, Gelege, etc. Mit finanzieller Unterstützung vom BMBF wurde 2011 ein Produktionsforschungsprojekt zur Definition und Umsetzung der C-Rovings mit dem TPF- (Tailored Fiber Placement) und dem RTM-Verfahren aufgelegt. Ziel ist den kräfteflussoptimierten Einsatz der Faser-Rovings für Bauteile im RTM-Prozess zu realisieren. Erste Darstellung anhand eines Visionsteil „Paddel“ wie auf der Composite Europe 2011, zeigten sehr reges Interesse bei Entwicklern, Konstrukteuren und Produktionsfachleuten namhafter Unternehmen.

Der Leichtbau ist eine moderne Bautechnologie, mit welcher sich unter Herstellung und Verwendung besonders leichtgewichtiger Bauteile Gewicht einsparen lässt. Die maximale Gewichtsreduzierung in der Konstruktion hat mehrere Vorteile: So lassen sich mit dem Leichtbau insbesondere Rohstoffe bei der Herstellung als auch bei der Verwendung von Produkten einsparen – ein Argument für den Umweltschutz als auch im Hinblick auf die Finanzen. Um mit dem Leichtbau eine spürbare Gewichtsersparnis zu erzielen, müssen spezielle Werkstoffe für die Herstellung von Bauteilen und Systemen eingesetzt werden. Dabei gilt es auf einen Werkstoff zu setzen, der ein leichtes Gewicht mitbringt, ohne dabei Kompromisse im Hinblick auf die Stabilität und Hochwertigkeit einzufordern. Faserverbundwerkstoffe sind damit für den Leichtbau besonders gut verwendbare Materialien. Glasfaser- oder kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe verbinden ein geringes Gewicht mit einer hohen mechanischen Belastbarkeit und werden damit wichtigen Anforderungen an eine moderne Bauweise und Konstruktion gerecht. Vor allem im Fahrzeugbau und im Maschinenbau haben sich faserverstärkte Kunststoffe als klassische Leichtbaumaterialien bewährt, was auch die seit Jahren stark ansteigende Nachfrage nach diesen Werkstoffen erklärt.

Leichtbau: Branchenübergreifende Schlüsseltechnologie

Wurden beispielsweise vor allem Fahrzeuge früher nach der Maxime entwickelt, möglichst groß und schwer zu werden, so gilt heute genau das Gegenteil: Ein geringes Gewicht ist gefragt, um auf diese Weise möglichst wenig Rohstoffe verbrauchen zu müssen und den Benzinverbrauch zu senken. Mit dem Leichtbau lassen sich Rohstoffe einsparen und zugleich auch die Kosten für die Herstellung und Nutzung der Produkte. Bei Fahrzeugen ist unter dem leichten Gewicht eine geringere Antriebsleistung erforderlich, um dieselben Fahreigenschaften zu bewirken. Auch bei Flugzeugen oder in der Raumfahrt wirkt sich der Leichtbau positiv auf die Entwicklung und Nutzung aus.

Als Prototyp in den technischen Bereichen wird eine funktionsfähige, meist aber eine vereinfachte Ausführung des designten Bauteil bezeichnet. Es ist eine wichtige Komponente in der Entwicklungsphase des Produkts und seiner Umsetzung  in die Serienproduktion.

Über die Prozesskette zur Qualität

Durch die geschlossene Prozesskette CAD/CAM und die konsequente Umsetzung, der für das Bauteil benötigte Formen, Werkzeuge, Vorrichtungen aus den CAD-Kundensdaten wird die Addition der Toleranzen verketteter Prozesschritte vermieden. Dies ermöglicht die Herstellung einzelner Bauteile, wie Prototypen, schon nahe an der  Serienqualität.

Resin Transfer Moulding

Druckharz-Injektionsverfahren mit geschlossener Form.

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Nicht nur in der Fahrzeugtechnik wird heute auf moderne Fasertechnologie gesetzt – auch in vielen anderen Branchen, vom Maschinenbau bis hin zum Möbeldesign, eröffnet die Herstellung von Bauteilen und Systemen aus faserverstärkten Kunststoffen völlig neue Dimensionen. Durch den Leichtbau und das daraus resultierende leichte Gewicht der Produkte werden Rohstoffe sowohl bei deren Herstellung als auch bei ihrer Verwendung eingespart: Das schont die Umwelt und macht zugleich eine kostengünstige Produktion und Nutzung möglich. Darüber hinaus überzeugen Serienteile aus faserverstärktem Kunststoff durch ihre hohe statische und dynamische Belastbarkeit und setzen so den Grundstein für eine hochwertige und beständige Produktqualität.

Der Leichtbau bietet in vielen Branchen enormes Potenzial und stellt nicht nur eine kostengünstige Alternative zur Verwendung klassischer Werkstoffe dar, sondern lässt auch einen großen Gestaltungsspielraum zu und sorgt für hohe Belastbarkeit und Stabilität.

Tailored-Fiber-Placement

Dies ist ein automatisiertes Verfahren, eine Verlege-Technik, mit dem Fasern als Bündel – sogenannte Rovings – in die definiert programmierten Bahnen gelegt und mit konventioneller Sticktechnik am Stickgrund befestigt werden. Die Stick-Verlegemaschinen sind Weiterentwicklungen von Sondermaschinen aus der Textilindustrie.

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