VorlesenFaserverbund-Leichtbau mit automatisierter Mikrowellenprozesstechnik hoher Energieeffizienz (FLAME)
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Forschungsziel: Die klassischen Prozesse in thermischen Öfen oder Autoklaven zur Herstellung von monolithischen Bauteilen ist durch lange Prozesszeiten, ineffiziente Ausnutzungsgrade und hohe Werkzeugbelegzeiten nur eingeschränkt für die Fertigung größerer Stückzahlen geeignet. Die Mikrowellentechnik ermöglicht als einziges physikalisches Erwärmungsverfahren eine gezielte, zeitlich und örtlich begrenzte volumetrische und selektive Aufheizung eines Bauteils, - die Umgebung sowie die Ofenkammer bleiben kalt. Basierend auf diesen besonderen physikalischen Eigenschaften das Ziel dieses Projekts die Entwicklung von hochintegrierten, geometrisch kompakten Mikrowellensystemen und Komponenten zur ressourcen- und energieeffizienten automatisierten Fertigung von CFK-Profilen durch Strangziehverfahren (Pultrusion) in den Bereichen Automobiltechnik und allgemeiner Maschinenbau.
Ansprechperson Projektkoordination
Ansprechperson bei PTKA
Dipl.-Ing. Rüdiger Sehorz
+49 721 608-25287
ruediger.sehorz@kit.edu
Faserverbundwerkstoffe für Leichtbau werden während ihrer Herstellung bisher in thermischen Öfen oder in Autoklaven ausgehärtet. Autoklave sind gasdicht verschließbare Druckbehälter für die thermische Aushärtung von Baustoffen. Diese Aushärteprozesse sind bislang, insbesondere bei dickwandigen Bauteilen, sehr zeitaufwendig und energieintensiv, da die Bauteile einschließlich der inneren Ofenkammer aufgeheizt und auf Temperatur gehalten werden müssen. Ein Schlüssel zur Reduzierung der Herstellkosten von Faserverbundwerkstoffen ist daher die Entwicklung und Anwendung von neuartigen Härte- und Fertigungsverfahren, welche eine schnellere und energieeffizientere Produktion ermöglichen.
Einen innovativen Ansatz verfolgt das Forschungsprojekt FLAME mit der industriellen Nutzung der im KIT entwickelten HEPHAISTOS-Mikrowellentechnik, mit welcher Leichtbaustrukturen ohne teure, thermisch beheizte Werkzeuge (im Sinne von formgebenden Maschinenbestandteilen) schnell, energieeffizient sowie autoklavlos hergestellt werden können. Die Mikrowellentechnik ist als einziges physikalisches Erwärmungsverfahren in der Lage, Bauteile gezielt – d.h. zeitlich und örtlich begrenzt- aufzuheizen. Die Umgebung, wie die Ofenkammer, bleibt dabei kalt. Damit ermöglicht die Mikrowellentechnik eine Prozesskette mit geringem Energiebedarf und somit einer guten CO2-Gesamtbilanz.
Basierend auf diesen besonderen physikalischen Eigenschaften sollen energie- und ressourceneffiziente Mikrowellenkammersysteme für innovative, autoklavfreie Fertigungsverfahren von Kohlefaser (CFK)-Leichtbaustrukturen entwickelt werden. Darüber hinaus wird ein mikrowellenunterstütztes Strangziehverfahren zur Herstellung faserverstärkter CFK-Kunststoffprofile erprobt. Dazu muss die bestehende Mikrowellentechnik spezialisiert, und die Regelungstechnik für den Mikrowellenprozess entsprechend angepasst werden. Darüber hinaus werden Harze zur Verbindung der Faserstrukturen, die auf Mikrowellentechnik reagieren, optimiert und mikrowellengeeignete Werkzeuge entwickelt.
Durch die am Projekt beteiligten Industriepartner ist eine direkte Anbindung an unterschiedliche Anwendungsbereiche gegeben. Dadurch entsteht ein hohes Potential für eine anschließende Vermarktung der neu entwickelten, serienfähigen Leichtbau-Technologie, die auf die gesamte Leichtbaubranche übertragbar ist.
- Karlsruher Institut für Technologie (Großforschungsaufgabe)
- Maus GmbH Modell- und Formenbau
- Schunk Kohlenstofftechnik GmbH
- Sika Deutschland GmbH
- Technische Universität München
- Weiss Technik GmbH
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