JEC World 2020 wegen Corona abgesagt: ITA plante, dort unter anderem erstmalig neuartige Mehrstoff-Beschichtungsanlage live zu zeigen

26.02.2020

Aus aktuellem Anlass: Die JEC-Gruppe beschloss am 31. März 2020, die JEC World 2020 aufgrund des Coronavirus abzusagen. Die JEC World 2021 findet voraussichtlich vom 09.-11. März 2021 statt. Weitere Informationen dazu finden Sie unter https://www.jec-world.events/de/jec-world-2020-update/.  

 

Das Institut für Textiltechnik der RWTH Aachen University, kurz ITA, plante, auf dem Gemeinschaftsstand des Aachener Zentrum für Integrativen Leichtbau AZL in Halle 5A Stand D97 Innovationen in der Glas- und Carbonfaserherstellung zu zeigen. Anbei eine Auswahl: Ein Schwerpunkt der diesjährigen JEC sollte auf der Imprägnierung und Beschichtung von Hochmodulfasern liegen. Dazu wollte das ITA auf dem JEC-Stand folgendes zeigen:

  Mehrstoff-Beschichtungsanlage Urheberrecht: ITA Mehrstoff-Beschichtungsanlage

1. Neuartige Mehrstoff- Beschichtungsanlage im Labormaßstab live

Die Mehrstoff-Beschichtungsanlage (Multimaterial coater) beschichtet oder imprägniert Rovings aus verschiedensten Materialien und sollte live auf dem JEC-Stand TowPregs, also vorimprägnierte Rovings, aus Thermoplasten und Kohlenstofffasern herstellen. TowPregs können beispielsweise im Wickel- oder Flechtverfahren verarbeitet werden. Anwendung finden diese zum Beispiel in Antriebswellen im Automotive-Bereich oder in der Luft- und Raumfahrt.

Die Anlage hat ein breites Einsatzspektrum und erlaubt einen schnellen Output: Mit einer maximalen Verarbeitungstemperatur von 400 Grad Celsius ermöglicht sie, auch Hochtemperaturthermoplaste zu verarbeiten und lässt durch ihre geringen Rüstzeiten von weniger als einer Stunde Versuche mit verschiedensten Materialien im Labormaßstab innerhalb eines Tages zu. Die aktuellen Produktionsgeschwindigkeiten liegen je nach verwendetem Material und Konfiguration der Anlage bei fünf Metern pro Minute. Ein Upscaling auf Industriemaßstab ist möglich, da das Funktionsprinzip bereits im Labormaßstab validiert ist. Die Anlage kann Duro- und Thermoplaste verarbeiten, es gibt folgende Vorteile bei der Verarbeitung von Thermoplasten: so ist kein kein nachgelagerter Konsolidierungsprozess notwendig, es gibt kürzere Zykluszeiten und Thermoplaste sind recyclingfähig.

Mit dieser Anlage können TowPregs mit kreisförmigen Querschnitten von bis zu fünf Millimetern Durchmesser und tapeförmige Geometrien bis zu 20 Millimetern Breite bei einer Produktionsgeschwindigkeit von fünf Metern pro Minute hergestellt werden - je nach verwendetem Material und Konfiguration der Anlage. So kann das auf der Anlage hergestellte TowPreg als kostengünstigere Alternative zu regulär hergestellten Tapes gesehen werden. Für weitere Informationen wenden Sie sich bitte an max.schmidt@ita.rwth-aachen.de.

  Stabilisierungsanlage am ITA Urheberrecht: ITA Stabilisierungsanlage am ITA

2. Carbonfaserherstellung – Halbierung der Kosten und der Stabilisierungszeit

Eines der Kernforschungsgebiete am ITA ist die Herstellung von Carbonfasern. Das ITA verfügt über eine kontinuierliche Carbonfaser-Produktionsanlage im Pilotmaßstab mit einer Produktionskapazität von weniger als einer Tonne pro Jahr (s. nebenstehendes Bild: Stabilisieurngsanlage am ITA). Aufgrund ihrer vergleichsweise geringen Größe und des daraus resultierenden geringen Materialeinsatzes ist die Anlage ideal für die Entwicklung neuer Stabilisierungs- und Carbonisierungsprofile und die Erprobung neuer Fasersizings geeignet.

Das derzeitige Hauptziel der Forschung in der Carbonfaserherstellung ist die Verkürzung der Stabilisierungszeit. Durch die Entwicklung einer neuartigen Methode konnte die Stabilisierungszeit am ITA von anfänglich 50 Minuten auf circa 21 Minuten reduziert werden. Die resultierenden Fasern sind auf dem Niveau einer Toray T700-Kohlefaser.

Ein weiterer Ansatz zur Reduzierung der Kosten von Carbonfasern ist die Verwendung alternativer Rohstoffe wie Polyethylen (PE). Hierdurch kann der Kohlefaserpreis um circa 50 Prozent reduziert werden. Aufgrund der vorhandenen Spinn- und Sulfonierungsanlagen ist das ITA eines der führenden Forschungsinstitute, das sich mit der Herstellung von kostengünstigen Kohlenstofffasern auf der Basis von Polyolefinen beschäftigt. Für weitere Informationen wenden Sie sich bitte an .

  B-Säulen-Segment mit integrierten Krafteinleitungselementen Urheberrecht: ITA B-Säulen-Segment mit integrierten Krafteinleitungselementen

3. Textiltechnik und Photonik revolutionieren die Fügetechnik

Carbonfaserverstärkte (CFK) Bauteile werden normalerweise mit Verbindungselementen montiert, die in das ausgehärtete und anschließend gebohrte CFK-Bauteil eingeklebt werden.

Durch die Integration der Verbindungselemente in den textilen Vorformling – dem sogenannten Preform – und ein gemeinsames Härten zum finalen CFK-Bauteil können Fertigungsprozessketten verkürzt und die Leistungsfähigkeit der Fügestelle erhöht werden. Hierfür sind hochpräzise Aussparungen im Textil erforderlich.

In dem OP.EFRE geförderten NRW-Projekt CarboLase wird hierzu erstmalig die Lasermaterialbearbeitung in das automatisierte Preforming integriert. Ein Novum stellt der Einsatz eines materialschonenden Ultrakurzpulslasers dar, der die Textilien bearbeitet, ohne diese thermisch zu schädigen.

Mit der Zusammenführung der Technologien in einer flexiblen Roboterzelle ist nun eine Just-in-Time-Fertigung von CFK-Bauteilen unabhängig von Bauteilgeometrie und Losgröße möglich. Mit der neu umgesetzten Prozesskette wurden Demonstratoren vollautomatisiert gefertigt. Ein Demonstrator in Form eines B-Säulen Segmentes mit integrierten Krafteinleitungselementen wird in der obigen Abbildung dargestellt.

Die Technologie wurde gemeinsam vom Institut für Textiltechnik der RWTH Aachen University, kurz ITA, mit den Partnern AMPHOS GmbH, Kohlhage Fasteners GmbH und Co. KG und LUNOVU Integrated Laser Solutions GmbH sowie dem Fraunhofer Institut für Lasertechnik ILT entwickelt. Für weitere Informationen wenden Sie sich bitte an .

  Torsionswelle aus Glasfaser-Prepregs Urheberrecht: ITA Torsionswelle aus Glasfaser-Prepregs

4. Hochgeschwindigkeits-Prepreg-Filament-Wicklung von durchschnittlich fünf Sekunden pro Lage

Die Wickeltechnologie, die seit langem für die Herstellung von rohrförmigen Verbundwerkstoffen eingesetzt wird, hat in den letzten Jahren große Fortschritte gemacht. Vor diesem Hintergrund arbeitet das ITA mit vielen Industriepartnern zusammen, angefangen von der Maschine bis hin zu Faserherstellern. Eine dieser Kooperationen besteht mit der Firma Muratec aus Japan und hat zu einer Weiterentwicklung der neuartigen Multi-Filament-Wickeltechnologie geführt. Der Hauptvorteil besteht darin, dass viele Fasern gleichzeitig verarbeitet werden können. Am ITA steht beispielsweise eine Anlage von Muratec, die 48 Fasern gleichzeitig verarbeitet. Dadurch erhöht sich die Verarbeitungsgeschwindigkeit um ungefähr das Fünfzigfache. Gleichzeitig kann in einem Schritt eine 100-prozentige Bedeckung erreicht werden.

Die Entwicklung von Prepregs in hoher Qualität im ZIM-Projekt MFWOptiPreg gemeinsam mit der Firma F.A. Kümpers GmbH & Co.KG hat die Verarbeitungsgeschwindigkeit weiter erhöht. Zusätzlich können durch eine optimierte Klebrigkeit (Stickness), geringen Faserbruch und hohe Wickelgeschwindigkeiten Qualitätsprodukte produziert werden. Die Filament-Wicklung hat den Vorteil, dass die Fasern in die gewünschte Richtung (0°≤θ<90°) ausgerichtet werden können.

Als Beispiel für Qualitätsprodukte wurden diese Prepregs bereits für die Herstellung von Druckbehältern und Torsionswellen getestet. Das entwickelte Prepreg ist schon auf dem Markt verfügbar. Die obige Abbildung zeigt eine Torsionswelle, die unter Verwendung des entwickelten Glasfaser-Prepregs in einer Multifilament-Wickelmaschine hergestellt wird. Diese wird dann im Ofen ausgehärtet und die Lastverteiler werden mit hochfesten Klebstoffen verbunden. Für weitere Informationen wenden Sie sich bitte an .