„Die Industrie, die wir bedienen, ist noch im Entstehen: Die Herstellung von Composite-Bauteilen in hohen Stückzahlen“, sagt Paul Gallen (2. von rechts) vom National Composites Centre (NCC) in Bristol. Von links nach rechts: Sean Cooper (NCC), Graeme Herlihy (Engel), Paul Gallen and Christian Wolfsberger (Engel). (Bildquelle: NCC)

„Die Industrie, die wir bedienen, ist noch im Entstehen: Die Herstellung von Composite-Bauteilen in hohen Stückzahlen“, sagt Paul Gallen (2. von rechts) vom National Composites Centre (NCC) in Bristol. Von links nach rechts: Sean Cooper (NCC), Graeme Herlihy (Engel), Paul Gallen and Christian Wolfsberger (Engel). (Bildquelle: NCC)

Die Automobilindustrie und der Flugzeugbau gehören traditionell zu den bedeutendsten Industriezweigen im Vereinigten Königreich. Entsprechend stark hat sich die Composite-Forschung und Verarbeitung dort etabliert. Eine wichtige Rolle dabei spielt Catapult. Vergleichbar mit der Fraunhofer Gesellschaft in Deutschland, bündelt Catapult im Vereinigten Königreich anwendungsorientierte Forschung und unterstützt die Industrie, schneller von neuen Technologien zu profitieren. „Wir sind eine Art Katalysator“, bringt es Paul Gallen, Bereichsleiter Automotive im NCC, auf den Punkt. Das NCC ist eines von insgesamt sieben Instituten, die mit jeweils einem eigenen Themenschwerpunkt das Catapult Netzwerk bilden.

Gegründet 2012, umfasst das NCC auf einer Fläche von derzeit 17.500 Quadratmetern hochmoderne Fertigungszellen, um die unterschiedlichsten Composite-Technologien abzubilden. Die mehr als 220 dort beschäftigten Ingenieure und Wissenschaftler arbeiten eng mit der University of Bristol, vielen weiteren Universitäten weltweit und vor allem mit der Industrie zusammen. Unternehmen – nicht nur aus UK – nutzen die Kapazitäten für eigene Entwicklungsprojekte. „Wir gleichen unsere Roadmap kontinuierlich mit der der Automobilhersteller ab“, so Gallen. „Der stärkere Einsatz von thermoplastischen Materialien im Composite-Leichtbau steht auf beiden Agenden weit oben.“

Treiber dieser Entwicklung sind vor allem zwei Gründe: „Zum einen ermöglichen thermoplastische Matrixmaterialien eine effiziente Weiterverarbeitung der Halbzeuge in einer Spritzgießmaschine und die Funktionalisierung mit Materialien aus derselben Werkstoffgruppe in einem vollständig integrierten, automatisierten Prozess“, erklärt Christian Wolfsberger, Business Development Manager Composite Technologies von Engel am Stammsitz in Schwertberg, Österreich. „Prozessintegration und Automatisierung sind die Voraussetzung, um die von der durch hohe Stückzahlen geprägten Automobilindustrie geforderten Stückkosten zu erreichen. Zum anderen vereinfachen thermoplastische Composites ein späteres Recycling der Bauteile und werden damit dem Trend zum Schließen von Wertstoffkreisläufen gerecht.“

Flexibel anpassungsfähig

Für die Composite-Forschung hat Engel das NCC in Bristol mit einer duo 1700 Großmaschine ausgestattet. (Bildquelle: Engel)

Für die Composite-Forschung hat Engel das NCC in Bristol mit einer duo 1.700 Großmaschine ausgestattet. (Bildquelle: Engel)

Für viele Unternehmen in der Composite-Branche bedeutet der Trend zu thermoplastischen Materialien, dass sie sich mit völlig neuen Verfahren befassen müssen. Auch für das NCC ist es die erste Spritzgießmaschine. Engel lieferte eine duo 1.700 Großmaschine inklusive Knickarmroboter von Kuka und integriertem Infrarot-Ofen. Das bearbeitete Anwendungsspektrum am NCC aus eigenen Forschungsprojekten und Firmenkooperationen erfordert, dass sich die Fertigungszelle in kurzer Zeit an immer neue Anforderungen, Materialien und Technologien anpassen lässt.

Mit 17.000 kN Schließkraft eignet sich die duo Spritzgießmaschine für große Bauteile. Um praxisnah entwickeln zu können, basieren die Demonstratorwerkzeuge auf den Geometrien realer Autokomponenten. Die Musterteile weisen unterschiedliche Größen und Komplexitäten auf. Verarbeitet werden bislang vor allem Organobleche. Diese werden im IR-Ofen erwärmt, vom Roboter ins Werkzeug eingelegt, dort geformt und sogleich mit Kunststoff umspritzt.

Vom Produktdesign bis zum Recycling

Das NCC ist eine integrierte Fabrik, alle Prozesse können im Gesamtkontext – von der Materialentwicklung über die Simulation, Konstruktion und Verarbeitung bis zum Recycling entwickelt und optimiert werden. „Gerade beim Thema Composites sind die Schnittstellen wichtig“, macht Sean Cooper, Wissenschaftlicher Mitarbeiter am NCC deutlich. „In keinem anderen Bereich greifen Material, Design und Verarbeitung so stark ineinander. Verändert man nur einen dieser drei Faktoren, kommt am Ende ein völlig anderes Ergebnis raus.“ Auch für das spätere Recycling gilt es, schon während der Produkt- und Prozessentwicklung die Weichen zu stellen. In ersten Projekten befasst sich das NCC gemeinsam mit Industriepartnern mit hochwertschöpfenden Recycling-Konzepten. „Ziel ist es, dass zum Beispiel sicherheitsrelevante Bauteile aus langfaserverstärkten Materialien ein zweites Leben als Sitzbank oder Instrumententafel auf Basis kurzfaservertärkter Materialien erhalten“, so Gallen.

Viele Testreihen fahren die NCC-Entwickler von Beginn an zweigleisig, sowohl mit für die Automobilindustrie typischen Materialien vor allem aus der PA-Familie. Außerdem werden die Hochleistungskunststoffe PEEK und PPS, die bevorzugt im Flugzeugbau Verwendung finden, getestet. Gallen berichtet, dass sich in den letzten zwei Jahren die Flugzeugindustrie intensiv mit Thermoplast-Composites beschäftigt. „Ein Umstieg auf Thermoplaste führt in dieser Branche vielfach zu einem massiv kleineren CO2-Footprint.“ Den Anfang machen Hochvolumenanwendungen, die es durchaus auch im Flugzeugbau gibt. Befestigungselemente wie Klammern zum Beispiel, die bislang aus Aluminium oder Duroplast-basierten Composites bestehen. Die Werkstoffe stehen immer im Wettbewerb zu Stahl und Aluminium und kommen nur dann zum Zug, wenn die Teile noch leichter, die Stückkosten noch günstiger und die Fertigungsprozesse noch effizienter sind.