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» TECHNIK Bild: 1 A Autenrieth Kunststofftechnik Bei Ventildeckeln sorgt eine lokale Armierung für Steifigkeit – ohne zusätzliche Masse. Dadurch lassen sich die Eigenfrequenzen anheben, bis zu Eigenmode +28 Hz. So funktioniert die Technik Fasern aus Carbon oder Glas sind leicht und werden wegen ihrer mechanischen Eigenschaften gerne als Verstärkungsmaterialien eingesetzt. Vorausgesetzt, die Fasern sind entlang des Kraftflusses im Bauteil eingebettet. Daraus ergeben sich Vorgaben wie die gleichmäßige (unidirektionale) Anordnung der Fasern: Pultrusion dient zur Herstellung von gleich- gerichteten, endlosfaserverstärkten Profilen. Dabei werden Fasern durch ein Harzbad gezogen und beim Durchlaufen in einer Form ausgehärtet. Gängige Harzsysteme sind Vinylester oder Epoxid. Der Nachteil an diesen Harzen ist, dass diese duroplastisch sind. Das heißt, sie können nach dem Aushärten nicht mehr durch Hitze plastifiziert und damit nicht mehr umgeformt werden. Wer umformbare Profile herstellen will, muss den Pultrusions-Prozess für den Einsatz mit Thermoplasten weiterentwickeln. Bei Rebar Reinforcement geschieht dies durch (mehrfaches) Biegen. Dabei folgen die Profile dem Kraftfluss. Die Methode baut auf dem Prinzip der konventionellen Draht- und Bild: 1 A Autenrieth Kunststofftechnik Spurstangen aus Kunststoff haben einen geringeren CO 2 -Fußabruck als Bauteile aus Aluminium. Mit Rebar- Reinforcement-Armierungen erreichen sie dieselben Steifigkeiten wie Alu-Teile. 46 Industrieanzeiger » 04 | 2024
Rohrbiegetechnik auf. Wobei das zusätzliche Beheizen sowie die faser- und laminatschonende Umformung die größte Aufgabe sind. Autenrieth und die Projektpartner haben das schlüssig gelöst. So ergeben sich neben der Verstärkung weitere Vorteile: Rebar Reinforcement ist lokal einsetzbar und dadurch effizient. Die Taktzeiten sind kurz, da die Armierungen einfach zu handhaben und einzulegen sind. Individuelle Formen entfallen, was das Verfahren flexibel macht. Und der Rohstoffeinsatz wird effizienter, weil Fasern sparsam eingesetzt werden und der Prozess quasi verschnittfrei ist. Zudem lassen sich Thermoplaste recyceln. „Prüfungen an den im Förderprojekt Drift entwickelten Bauteilen und Demonstratoren haben das Leichtbaupotential bestätigt“, sagt Autenrieth. Die ermittelten Kennwerte helfen, die Simulations - modelle zu verbessern und Anwendungen virtuell auf ihr Potential zu bewerten. Wenn immer mehr Entwickler die Technologie kennen und verstehen, wird sich ein Bedarf entwickeln, glaubt Autenrieth. Nicht jedes Bauteil ist gleichermaßen geeignet, räumt er ein. Und die Entwicklung von Hybrid-Bauteilen sei wegen vieler Wechselwirkungen – mechanisch und prozessseitig – komplex. Autenrieth berät und unterstützt daher bei der Bauteilkonstruktion, liefert Nachweise mit FE-Simulationen, stellt Prototypen her, prüft sie und begleitet den Serientransfer. Im Projekt weisen die Forschenden nach, dass die Prozessschritte wirksam und in der Industrie einsetzbar sind. „Die Technologie hat das Potenzial, Aluminium zu substituieren“, sagt Firmenchef Steffen Autenrieth. Bild: 1 A Autenrieth Kunststofftechnik Anwendungen und Wirkungen Festigkeit und Stille Beispielsweise bei einem Ventildeckel für eine variable Nockenwellenverstellung führt die Zusatzmasse durch Stellmotoren zu Schwingungsproblemen. Die lokale Armierung im Befestigungsbereich der Motoren versteift gezielt das Bauteil – ohne zusätzliche Masse. Die Eigenfrequenzen werden bis zu einem Eigen mode +28 Hz angehoben, wodurch sie im Wageninneren nicht mehr wahrnehmbar sind. Bessere CO 2 -Bilanz Wer bisher einen Motorträger fertigen will, greift auf Metall zurück. Denn aktuell existieren keine im Spritzguss verarbeitbaren Kunststoffe, die die geforderte Festigkeit mitbringen. Durch die gebogenen Armierungen können hochbelastete Bereiche so verstärkt werden, dass Kunststoffbauteile möglich sind. In diesem Fall ist das lokal armierte Bauteil rund 30 % belastbarer als Vergleichsbauteile aus Aluminium. Aus CO 2 -Sicht wird Aluminium zunehmend zum KO-Kriterium – Kunststoff schneidet besser ab. Allerdings müssen geforderte Steifigkeit und Festigkeit beim Alternativwerkstoff garantiert sein. Bauteile mit hauptsächlich einachsigem Spannungszustand (Zug-Druck) erreichen durch die Technologie ähnliche Steifigkeiten wie Aluminium – im Fall der untersuchten Spurstange mit 25 % weniger Gewicht und einem rund 20 % geringeren CO 2 -Fußabruck Industrieanzeiger » 04 | 2024 47
