In herkömmlicher Bauweise wiegt der Kennzeichenträger der KTM Superduke R rund 765 Gramm. Im Rahmen des Projekts R.A.C.E. fertigt Hennecke zusammen mit seinen Partnern das Bauteil mit einem Gesamtgewicht von 265 Gramm. (Bildquelle: KTM)

In herkömmlicher Bauweise wiegt der Kennzeichenträger der KTM Superduke R rund 765 Gramm. Im Rahmen des Projekts R.A.C.E. fertigt Hennecke zusammen mit seinen Partnern das Bauteil mit einem Gesamtgewicht von 265 Gramm. (Bildquelle: Hennecke)

Carbonbauteile sind bereits aus dem Motorsport bekannt. Im Rahmen des Projekts  „Reaction Application for Composite Evolution“ (R.A.C.E.) hat Hennecke, Sankt Augustin, zusammen mit seinen Partnern einen großen Entwicklungsschritt zur Industrialisierung der sogenannten Cavus-Technologie von KTM Technologies, Anif, Österreich, geleistet, der es ermöglicht, komplexe Faserverbund-Hohlbauteile im automatisierten Hochdruck-RTM-Prozess zu fertigen. Dies können beispielsweise Dachkonstruktionen, strukturführende Konstruktionen oder Monocoque-Geometrien sein. Cavus ist  vom lateinischen Begriff Cavum abgeleitet, der Ummantelung oder auch Höhlung bedeutet. Bei der KTM 1290 Super Duke R war es beim Projekt R.A.C.E. der Kennzeichenträger, der aus CFK hergestellt wurde. Das serienmäßige Strukturbauteil besteht aus einer hohlen und verkleideten Stahlstruktur. Hohl deshalb, um einerseits Gewicht einzusparen und andererseits, um im Inneren die Kabel für Blinker und Kennzeichenbeleuchtung unterzubringen. Gleichzeitig muss das Bauteil sehr steif sein, da sich im Betrieb enorme Belastungen ergeben. In herkömmlicher Bauweise wiegt der Kennzeichenträger rund 765 Gramm. Im Rahmen des Projekts R.A.C.E. fertigt Hennecke zusammen mit seinen Partnern das Bauteil dagegen mit einem Gesamtgewicht von 265 Gramm. Das entspricht einer Gewichtsersparnis von über 60 Prozent.

In einem Interview erläutern der Vertriebsleiter für Composites-Anwendungen von Hennecke, Jens Winiarz, sowie der Leiter Technologieentwicklung & Prototypenbau bei KTM-Technologies, Hans Lochner, weitere Details des Projekts R.A.C.E.

Die Sandkerne halten einem Injektionsdruck von 500 bar stand. Der wasserlösliche Binder ermöglicht es, den Kern am Prozessende umweltfreundlich ohne jegliche Art von Lösemitteln herauszuspülen. (Bildquelle: Hennecke)

Die Sandkerne halten einem Injektionsdruck von 500 bar stand. Der wasserlösliche Binder ermöglicht es, den Kern am Prozessende umweltfreundlich ohne jegliche Art von Lösemitteln herauszuspülen. (Bildquelle: Hennecke)

Wasserlöslicher Sandkern als Basis für CFK-Preforms

Die Herausforderung für den Kennzeichenträger liegt im Zusammenspiel der richtigen Auslegung und einem produktionsgerechten Design des Bauteils sowie effizienten Verfahren auf Basis der Cavus-Technologie von KTM Technologies. Cavus steht für eine automatisierte Prozesskette für das Herstellen von komplexen Hohlstruktur-Bauteilen: von der Kernfertigung und Herstellung der Preforms mit Carbonfasern – beispielsweise durch Flechten – über den HP-RTM-Prozess (HP, High Pressure; dt. Hochdruck) bis zum Herauslösen des Kernmaterials. Dies führt zu einer großen Gestaltungsfreiheit  bezüglich Design und Funktion.

Der Prozess startet mit dem Sandkern. Wie beim Bau einer Sandburg ist ein Binder nötig, um dem Sand eine feste, druckstabile Form zu geben. Statt Meerwasser kommt beim Auflösen des Kernmaterials allerdings ein wasserlöslicher Binder von H2K Minerals, Denkendorf, zum Einsatz. Damit ist das Unternehmen in der Lage, komplexe, druckstabile Geometrien mittels Sand herzustellen. Die Sandkerne halten einem Injektionsdruck von 500 bar stand. Der wasserlösliche Binder ermöglicht es, den Kern am Prozessende umweltfreundlich ohne jegliche Art von Lösemitteln herauszuspülen.

Der zweite Prozessschritt beinhaltet das Herstellen des Carbon-Preforms. Dies übernimmt das Institut für Flugzeubau (IFB) der Universität Stuttgart. Dabei kommt ein spezieller Flechtprozess zum Einsatz, bei dem die Carbonfasern um den Sandkern geflochten werden. Hierbei spielen die Lage, der Winkel und die Ausrichtung jeder einzelnen Faser eine große Rolle, um am Ende ein stabiles Bauteil zu erhalten.

Der HP-RTM-Prozess startet mit dem automatisierten Einlegen des vorgefertigten Preforms durch einen Roboter. Dieser entnimmt das Bauteil dann auch nach dem 125-sekündigen Aushärte-Prozess. (Bildquelle: Hennecke)

Der HP-RTM-Prozess startet mit dem automatisierten Einlegen des vorgefertigten Preforms durch einen Roboter. Dieser entnimmt das Bauteil dann auch nach dem 125-sekündigen Aushärte-Prozess. (Bildquelle: Hennecke)

Hochdruck-RTM-Verfahren verkürzt Taktzeit

Zur Herstellung von lang- und endlosfaserverstärkten flächigen Bauteilen kam bisher das herkömmliche Harzinjektionsverfahren Resin Transfer Moulding (RTM) zur Anwendung. Dabei werden ungetränkte Verstärkungsfasern, beispielsweise aus Carbon, in Form eines vorkonfektionierten und konturnahen Preforms in ein Werkzeug eingelegt. Die Fasern können dabei verwoben oder gerichtet sein. Nach dem Schließen des Werkzeugs wird es mit einem reaktiven Harzsystem geflutet. Nach dem Aushärten des Bauteils lässt sich dieses aus dem Werkzeug entnehmen. Dieses Verfahren hat Hennecke durch die Entwicklung des Hochdruck-RTM-Prozesses hinsichtlich der Zykluszeit optimiert. Beim Projekt R.A.C.E. kommt als Matrixmaterial Vitrox von Huntsman zum Einsatz, ein RTM-Polyurethan-Material mit dem sogenannten Snapcure-Effekt. Dieser ermöglicht ein schnelles und schlagartiges Aushärten des selbsttrennenden Systems, dessen einstellbare Aushärtezeit der Schlüssel für die Serienfertigung mit einer kurzen Taktzeit ist.


Marktübersicht Spritzgießmaschinen

Die Marktübersicht enthält die branchenrelevanten Spritzgießmaschinen, sortiert nach Einsatzbereichen, zu verarbeitendem Material und weiteren wesentlichen Kriterien. Zugleich bildet sie Entwicklungstrends der Maschinentechnik ab, wie das Verketten einzelner Produktionsschritte oder die immer mehr Komponenten betreffende Energieeffizienz. Auch Verarbeitungsverfahren wie das Schaumspritzgießen oder die Mehrkomponenten-Technik halten Einzug in die Technik der Spritzgießmaschinen und damit in diese Marktübersicht. Starten Sie den Vergleich und finden Sie das richtige Produkt.

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Beim Flechten des CFK-Preforms spielen die Lage, der Winkel und die Ausrichtung jeder einzelnen Faser eine große Rolle, um am Ende ein stabiles Bauteil zu erhalten. (Bildquelle: Hennecke)

Beim Flechten des CFK-Preforms spielen die Lage, der Winkel und die Ausrichtung jeder einzelnen Faser eine große Rolle, um am Ende ein stabiles Bauteil zu erhalten. (Bildquelle: Hennecke)

Maschinentechnik auf HP-RTM-Prozess ausgelegt

Der HP-RTM-Prozess startet mit dem automatisierten Einlegen des vorgefertigten Preforms durch einen Roboter. Anschließend schließt die Presse das Werkzeug und der Injektionsprozess startet. Der gesamte Aushärteprozess dauert 125 Sekunden. Mit der Elast 400 von Engel Austria, Schwertberg, Österreich, steht dem Prozess dabei eine kompakte vertikale Presse zur Verfügung. In Kombination mit der Automation desselben Herstellers bildet sie die Basis für die Serienfertigung des Leichtbau-Kennzeichenträgers.

Auch das HP-RTM-Werkzeug der italienischen Formenbauer von Persico muss hohe Ansprüche erfüllen. Eine gegenüber den Carbonfasern robuste, aber auch gleichzeitig hochpolierte Oberfläche ist essenziell, um hochqualitative Bauteile und Oberflächen zu erreichen. Hierbei kommt es auf Entformbarkeit und die Injektionspunkte an. Eine besondere Rolle spiellt die Dichtung des Werkzeugs. Diese muss einem Forminnendruck von rund 100 bar dauerhaft standhalten. Daher kommt hier ein neues Dichtungsmaterial aus thermoplastischem Kunststoff von Murtfeldt, Dortmund, zum Einsatz: Murlock. Dieses ist im Vergleich zu herkömmlichen Rundschnur-Dichtungen widerstandsfähiger gegenüber Beschädigungen von Restmaterialien oder Carbonfasern und übersteht mehrere hundert Prozesszyklen.

Zu guter Letzt spielt auch die Dosiermaschine eine wichtige Rolle. Die Streamline von Hennecke ermöglicht das präzise und sekundenschnelle Injizieren des Rohstoffsystems. Dabei bietet die Maschine einige Besonderheiten, die den HP-RTM-Prozess eine wesentliche Rolle bei der Umsetzung des Projekts spielen. Hierzu gehören beispielsweise die Sensorik im Mischkopfauslauf, eine hydraulisch gesteuerte Nachdrückfunktion sowie die Formfüllüberwachung zum Ausgleich von Gewichtsschwankungen des Preforms.


JEC World 2017: Leichtbau in Paris