Faserverstärkte Kunststoffe (FVK) gehören als hochbelastbare Leichtbauwerkstoffe zu den Schlüsselmaterialien für Klimaschutz und Nachhaltigkeit. Sie ermöglichen in unterschiedlichen Anwendungen und Branchen erhebliche Einsparungen an Energie, Material und Emissionen. Dabei ist der Einsatz von FVK mittlerweile nicht mehr auf variantenreiche Kleinserien oder Einzelstücke beschränkt. Mit heutigen Produktionsprozessen lassen sich bereits kurze Zykluszeiten im Minutenbereich und damit große Serien wirtschaftlich realisieren.

Leichtbau am IKV

Das IKV entwickelt in zahlreichen Forschungsvorhaben Lösungen zur Steigerung der Material-, Zeit- und Kosteneffizienz in der Entwicklung und Produktion von Kunststoff- und Hybridbauteilen. Dabei kann es auf umfangreiche eigene Forschung zurückgreifen und die Vorteile unterschiedlicher Materialien und Verfahrenstechnologien gezielt kombinieren. So werden immer wieder innovative Lösungen entwickelt, die die ökologischen Auswirkungen von Produktion, Nutzung und Verwertung von Leichtbauwerkstoffen am Bauteillebensende deutlich reduzieren und gleichzeitig wirtschaftlich sind. Die vielfältigen Herausforderungen dieser Materialklassen reichen von der Werkstoffauswahl und -charakterisierung über die Auslegung von Komponenten, der präzisen Verfahrensmodellierung, der Befähigung neuer Werkstoffe für etablierte Fertigungsprozesse bis hin zur Material- und Bauteilprüfung. Im Fokus der Forschung am IKV steht dabei neben den technischen Aspekten immer die Großserientauglichkeit bzw. Wirtschaftlichkeit sowie die Nachhaltigkeit der Verarbeitungsverfahren.

Dr.-Ing. Dominik Foerges

Abteilungsleiter Faserverstärkte Kunststoffe und Polyurethane +49 241 80 23884 dominik.foerges@ikv.rwth-aachen.de

Bei allen Fragen rund um die Themen Leichtbau und Faserverstärkte Kunststoffe stehe ich Ihnen gerne zur Verfügung.

T3-Hub: Einsparungen durch UD-Tapes in spritzgegossenen Standardbauteilen

Der T3-Hub verfolgt das Ziel, durch die Integration von bionischen Faserverstärkungen aus unidirektionalen Tapes (UD-Tapes) im Spritzgießverfahren treibhausgasintensive Kunststoffe einzusparen oder zu substituieren. Durch gezieltes Einbringen geringer Mengen Tape entlang der Hauptlastpfade in einem Spritzgießbauteil lassen sich Produktwanddicken reduzieren. Je nach Anwendungsfall besteht ebenfalls die Möglichkeit, ein weniger performantes, aber klimafreundlicheres Grundpolymer zu verwenden. Da nur eine geringe Menge Tape in das Bauteil integriert werden muss, ergeben sich erhebliche Einsparpotenziale beim Kunststoffverbrauch und der Bauteilmasse.

HyInnoTank: Wartungsarme mobile Hochdruckspeicher

Im Rahmen des durch das BMBF geförderten Projekts wird eine Methodik zur Instrumentierung von Typ-IV Druckbehältern mit Sensorfasern zur Dehnungsfeldüberwachung entwickelt. Durch die dauerhaft im Behälter eingebettete Sensorik wird essen strukturelle Integrität im verbauten Zustand überprüft, was Wartungskosten und Stillstandszeit bedeutend reduziert. Die Kenntnis der lokalen Dehnungen an verschiedenen Positionen des Druckbehälters innerhalb des Laminats liefert Informationen zum Materialverhalten in verschiedenen Belastungsszenarien und damit einen bedeutenden Mehrwert für die Behälterauslegung. Ein weiteres Projektziel ist die Entwicklung eines Modells zur Abschätzung des Restberstdrucks und der Restlebensdauer von Druckbehältern auf Basis des Sensorsignals nach deren typischer Einsatzzeit von 15 Jahren, woraus sich Optionen zur weiteren Nutzung der Behälter ableiten lassen.

ReHyComPro: Rezyklierbare Faserverbundprofile

Gesamtziel des Verbundvorhabens ist die Entwicklung eines rezyklierfähigen hybriden Composite-Profilsystems zur Herstellung großformatiger Fenster und Türen mit optimierten mechanischen und thermischen Eigenschaften sowie der Möglichkeit des vollständigen stofflichen Recyclings. Im Rahmen des BMBF-geförderten Forschungsvorhabens wird die Umsetzung des Koextrusionsverfahrens zur Ummantelung eines In-situ-Pultrudates (Pul-Ex) untersucht. Die so erhaltenen Profile sollen die schlecht zu recycelnden Kunststoff-Metall-Verbunde ersetzen, die im Fensterbau häufig Anwendung finden.

Weitere Forschungsprojekte im Bereich des Leichtbaus

  • Aufbau eines verbesserten Material- und Prozessverständnisses für die Herstellung physikalisch geschäumter Mehrschichtblasfolien durch die Identifizierung von Wirkzusammenhängen zwischen der Materialstruktur und den Schaumeigenschaften
  • Effizienzsteigerung bei der Einrichtung und der Fehlerbehebung von PUR-RIM-Prozessen durch eine sensorbasierte Prozessüberwachung
  • Entwicklung einer neuartigen flexiblen Werkzeugtechnologie zur Fertigung von funktionalisierten Bauteilen im thermoplastischen Resin Transfer Moulding
  • Entwicklung einer Systematik zur Eigenschaftsvorhersage von Polyurethanschäumen unter Berücksichtigung der realen Schaummorphologie zur Verwendung in der Qualitätssicherung
  • Entwicklung eines Regelungskonzeptes zur verbesserten Prozessführung in der Schaumextrusion durch Inline-Erfassung und Klassifizierung der Schaumstruktur mittels digitaler Bildverarbeitung
  • Entwicklung recyclebarer faserverstärkter Kunststoffe durch den Einsatz thermoplastischer Fasern im Doppelschneckenextrudern
  • Entwicklung und Erprobung eines innovativen Inline-Dehnrheometers zur prozessnahen Materialcharakterisierung und Produktivitätssteigerung in der Schaumextrusion
  • Form-LIGHT – Entwicklung von quasivollflächig mikroformschlüssig gefügten Leichtmetall/Kunststoff- Hybridwerkstoffen mittels Laserstrukturierung und anschließender Funktionalisierung im Hybridspritzguss
  • Herstellung von Graphen- und CNT-basierten Polyamid 6-Kompositen mittels reaktiver Extrusion
  • Erhöhung der Prozesskontrolle in der Pultrusion mit hochreaktiven Matrixmaterialien zur Reduktion von Ausschuss und Ausfallzeiten mithilfe eines datenbasierten Prozessüberwachungssystems
  • Kunststoff-Metall-Hybrid Schweißen – Wechselwirkungen beim Laserfügen von Metallen an Polymeren
  • MeKuMed – Werkstoffgerechte und kosteneffektive Fertigung von Metall/Kunststoff-Hybridbauteilen für die Anwendung in der Medizintechnik
  • Untersuchung des Injektionsbox-Designs zur Steigerung der Produktivität, Produktqualität und Ressourceneffizienz des Pultrusionsverfahrens
  • Untersuchung von Thermoplast-Schaumspritzgießverfahren mit kurzen Plastifizier- und Zykluszeiten für Dünnwandformteile im Verpackungssegment
  • Verfahren zur lokalen aktiven Kühlung im Thermoformen für eine verbesserte Wanddickenverteilung rotationssymmetrischer Becherbauteile
  • ElastoPIT – Weiterentwicklung der Projektilinjektionstechnik zur wirtschaftlichen Herstellung elastomerer Hohlkörper
  • Werkstoffgerechte Auslegung von Direktverschraubungen zum wirtschaftlichen Fügen spritzgegossener duroplastischer Formteile

Poster

Übersichtsposter zum Leitthema Leichtbau

Mehr erfahren
  • High-Speed MatChar – Analyse des Aushärteverhaltens hochreaktiver Harzsysteme unter prozessnahen Bedingungen
  • DELFIN – Erforschung alternativer Materialien und Fertigungsprozesse für kostenund gewichtsreduzierte Druckbehälter aus endlosfaserverstärktem Kunststoff.
  • Entwicklung funktionalisierter, unidirektional faserverstärkter Halbzeuge zur großserientauglichen Herstellung neuartiger, hochbelasteter Kunststoffbatteriegehäuse für Elektrofahrzeuge
  • ProSize – Untersuchung des Einflusses der Hybridgarneigenschaften auf den Faserspritzprozess und Entwicklung von prozessoptimierten Schlichten für Glasfaser/Thermoplast-Hybridgarne zur materialeffizienten Herstellung von faserverstärkten thermoplastischen Leichtbauteilen