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TOPSTORY » Composite-Technologien Dieser CCS-Tunnel ist um 40 % leichter als eine vergleichbare, herkömmlich hergestellte Komponente. Als Teil des Getriebemontagesystems („Trans mission Mounting System“) vermag er dessen Masse um 20 % zu reduzieren. In diesem Fall hat das Profil keinen Duroplast-Anteil. Vielmehr besteht es aus Polyamid 6 mit 80 % Glasfaser-Volumenanteil und ist zudem umspritzt mit Glasfaser-verstärktem Polyamid 6 (PA6). Klebstoff zum C-Bügel verklebt. Dieser bietet eine um 40 % höhere Torsionssteifigkeit als Metall. Er verbessert das Handling und den Komfort, hier durch NVH-Reduktion (Noise, Vibration, Harshness). Im Vergleich zu einem Bügel aus Aluminium ist der CFK/GFK-C-Bügel um 55 % leichter, gegenüber Stahl sogar um 85 %. Die Komponente stellt Montaplast of North America in einer Spritzgussform der CTG Commercial Tool Group her. Composites auch mit Spritzguss Bei einer weiteren Leichtbau-Entwicklung mit BASF- Beteiligung und Auszeichnung steht der Spritzguss im Mittelpunkt: beim C-Bügel für den Ford Bronco Raptor. Er wurde entwickelt, damit der Raptor auch als Cabrio offroad gehen und die Anforderungen der Wüste erfüllen kann. Das Sandwich wird aus drei spritzgegossenen Composites zusammengesetzt, die mit Carbon- und Glasfasern verstärkt sind (CF und GF). 2022 heimste es einen SPE-Award ein. Die Ober- und Unterschalen sind aus 20 % CF-PA6, also aus Carbonfaser-verstärktem Kunststoff (CFK). Der Sandwich-Kern besteht aus 35 % GF-PA6 und enthält Glasfasern. Die drei Spritzguss-Komponenten werden mit einem neu formulierten Methacrylat- Bild: SPE/L&L Products Diese Leichtbau - konstruktion spart nicht nur 20 % Gewicht ein gegenüber dem Stahl-Vorgänger, sondern auch 20 % der Kosten. Sie hat drei Awards gewonnen – darunter den der US Society of Plastics Engineers (SPE). Bild: Toyota Der Toyota Tundra hat eine zweireihige Rücksitzlehne aus pultrudierten Profilen, die im Werkzeug mit schlagzähem PA6 umspritzt wurden. 40 Industrieanzeiger » 13 | 2023
CFK-Extremleichtbau bei Werkzeugen Durch eine Massereduktion von weit über 50 % sticht ein neuartiges Hobelwerkzeug hervor. Es qualifizierte sich für den „ThinKingAward“ im Mai 2022, der von der damaligen Landesagentur Leichtbau BW vergeben wurde. Die Entwicklung stammt von drei Projektpartnern, dem DITF – Deutsche Institute für Textil+Faserforschungforschung, dem Institut für Werkzeugmaschinen der Universität Stuttgart IfW und dem Maschinenhersteller Emil Leitz. Hier geht es um Extremleichtbau: Das Heliplan- CFK ist die Weiterentwicklung des Aluminium- Hobelmesserkopfes Heliplan von Leitz, konzipiert zum Bearbeiten von Holz. Dieses Präzisionswerkzeug arbeitet Mikrometer-genau. Mit der bildlichen Vorstellung eines Holzhobels hat es wenig zu tun. Ließen sich die auch als „Umfangsplanfräser“ bezeichneten Werkzeuge leichter und steifer gestalten, könnten sie mit höheren Drehzahlen und optimiertem Schwingungsverhalten noch produktiver und präziser arbeiten und auch Energie einsparen. Ein Demonstrator zeigt, worum es geht: Ein Heliplan-CFK kann MDF-Platten mit 18.000 1/min bearbeiten – also um 50 % schneller als ein Heliplan-Kopf aus Aluminium, der maximale Drehzahlen von 12.000 1/min erlaubt. Die komplexe Entwicklung dieses Heliplan-CFK beschrieb Hermann Finckh, Bereichsleiter Simulation beim DITF, auf dem Stuttgarter Kunststoffkolloquium des IKT (Institut für Kunststofftechnik) im Februar 2023 so: Der Weg führte über die Simulation von zehn unterschiedlichen wickelbaren und fasergerechten Lösungen zum Ziel, einem modularen Grundkörperkonzept. „Diese Art von Extremleichtbau mit CFK lässt sich auch auf andere Werkzeuge und Anwendungen übertragen“, betont er – die Bedeutung der Entwicklung gehe über die konkrete Anwendung des Holzhobelwerkzeugs hinaus. Das modulare Grundkonzept sieht CFK-Dreieck - teile vor, die Metalleinsätze zur Schneidenanbindung aufnehmen. Sie wären laut Finckh auch aus CFK möglich. Eine Außenhülle aus CFK nimmt unter anderem die Drehmomente auf. Fixierstifte aus CFK dienen zur Stabilisierung. Produziert werden die Heliplan-CFK-Köpfe mit Standardverfahren wie Flechten, Prepreg, Vacuum Assisted Resin Infusion (Vari) und Resin Transfer Moulding (RTM). Die Gewichtsreduktion ist enorm: Ein Aluminium- Hobelwerkzeug mit 200 mm Länge, 125 mm Durchmesser und 210 mm Durchmesser in der Außenhülle wiegt, ohne Flansch und Spannteile, 6,11 kg. Gefertigt in der CFK-Leicht bauweise der DITF wiegen die Teile 2,28 kg – eine Massenersparnis von 63 %. Im Einzelnen belaufen sich die Gewichte auf 0,46 kg für die CFK-Dreiecke, 0,63 kg für die CFK- Außenhülle, 0,17 kg für CFK-Fixierstifte, 0,71 kg für die Alumi nium-Träger und 0,32 kg für die Hart - metall schneiden. Je größer die Köpfe, desto höher die Gewichtsreduktion, meinte Finckh. Zur Fertigung: Die CFK-Dreiecksteile werden mit Carbon-Rovings gewickelt (Tenax HTA40 6k 400tex) und mit Epoxydharz Vakuum-infiltriert (Epicote RIMR 135, Härter 137), dann in einem Ofen ausgehärtet. Anpressplatten sorgen für ein Nachkompaktieren der Dreiecke mit geringen Toleranzen in der Wandstärke. Die CFK-Außenhülle entsteht aus CFK-Gewebe, das über einen von Leitz erodierten Metallkern gewickelt und im Ofen bei 80 °C ausgehärtet wird. Leitz bringt nachträglich Aussparungen für die Schneidenträger ein und stattet die Außenhülle mit Flanschund Abschlussplatten in Aluminium/Stahl aus. Die CG-Tec GmbH liefert die Fixierstifte aus CFK. Recycling-Erfolge mit Carbonfasern Inzwischen befassen sich immer mehr Entwickler mit dem Recyceln von Carbonfasern. Ein Innovation Award der JEC 2023 belohnte die Entwicklung eines zu 100 % recycelten CF-Spinngarns, das sich für die Pultrusion eignet. Der Preis ging an die vier Projekt- Bild: SPE Bilder: Leitz, DITF (Simulation) Composites durch Spritzgießen: Der C- Bügel des Ford Bronco Raptor (siehe Titelbild) stabilisiert die Cabrio- Version des Offroad- Vehicles. Das Sandwich aus drei Spritzguss - teilen steigert dessen Torsionssteifigkeit um 40 %. Extremleichtbau: Der CFK-Hobelmesserkopf (rechts unten) von Leitz und DITF reduziert die Masse der bisherigen Aluminium- Variante drastisch. Er enthält mehrere Komponenten aus CFK und erhöht die maximale Drehzahl von 12.000 auf 18.000 1/min. Industrieanzeiger » 13 | 2023 41
