FlexForCFK

Entwicklung eines prozessautomatisierten formflexiblen Werkzeugs zur Herstellung von CFK-Bauteilen


In Anbetracht des aktuellen Trends zur Energie- und Ressourcenschonung durch Leichtbau liegt ein möglicher Lösungsansatz in der Verwendung von Bauteilen aus CFK (kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff). Den Stellenwert dieser Thematik stellt eine Studie von Roland Berger/VDMA dar [1]: Demzufolge wird erwartet, dass der Bedarf an CFK-Bauteilen bis 2020 um jährlich 17% steigt. Um die Bauteile günstiger herstellen zu können, müssten aber im gleichen Zeitraum die Prozesskosten um ca. 40% gesenkt werden.

Der konventionelle Herstellungsprozess von CFK-Bauteilen bedingt die Konstruktion und den Bau von Laminiervorrichtungen. Diese basieren auf den 3D-Geometriedaten des zu produzierenden Bauteils, wodurch werkstückspezifische Vorrichtungen entstehen. Bezugnehmend auf die Anzahl der zu produzierenden Bauteile je Form ergeben sich somit bei geringen Stückzahlen (Kleinstserien, Prototypenbau) hohe Stückkosten. Weiter bedingen diese "starren" Vorrichtungen neben einer hohen Vorlaufzeit - aufgrund der Erstellung der notwendigen Formen - auch einen hohen Bedarf und Verbrauch an Ressourcen (Material, Energie, Personal, etc.).

Hierzu fokussiert das Forschungsvorhaben FlexForCFK den Einsatz "flexibler" Laminiervorrichtungen: Die modifizierbare Form (Endkontur wird über ausfahrbare Stößel gebildet) führt zum Wegfall der festen Zuordnung von Werkstück zu Werkzeug; die notwendige Werkzeugform (Laminiervorrichtung) kann dem Werkstück - ohne die Notwendigkeit konventioneller Fertigungsprozesse (spanende bzw. spanlose Fertigung) - unmittelbar angepasst werden. Die gewünschte Formgeometrie wird unmittelbar aus 3D-CAD-Daten angesteuert. Im Vergleich zu konventionell gefrästen CFK-Bauteilen bezweckt dies, dass kaum Formmaterial verbraucht wird. 

Übersicht zum Projekt FlexForCFK

Das Vorhaben, welches im Rahmen der ausgewiesenen Hightech-Strategie 2020 der Bundesregierung dem Bedarfsfeld "Klima/Energie" zuzuordnen ist, hat somit ein ressourcenschonendes Verfahren zum Ziel: Energie-, Material- Personal-, Zeit- und Recyclingkosten, die alle bisherigen Verfahren zur konventionellen Formerstellung benötigen, entfallen weitestgehend.

[1] Roland Berger, VDMA Hrsg.: Serienproduktion von hochfesten Faserverbundbauteilen. Perspektiven für den deutschen Maschinen- und Anlagenbau. Roland Berger Strategy Consultants, 09/2012.