Produktionsanlage für ein kalthärtendes Faserverbundhalbzeug aus glasfaserverstärktem Kunststoff.

Produktionsanlage für ein kalthärtendes Faserverbundhalbzeug aus glasfaserverstärktem Kunststoff. (Bild: Fraunhofer IPT)

Sie besitzen ein hohes Potenzial für den Leichtbau, elektrische Isolationseigenschaften und sind besonders korrosionsbeständig: Faserverbundkunststoffe werden in vielen Industrien eingesetzt. Oft handelt es sich um glasfaserverstärkte Duroplaste, aus denen zum Beispiel Windradflügel, Rümpfe für Sportboote, Antennen-, Laternen- und Oberleitungsmasten sowie Rohrsysteme hergestellt werden. Obwohl sie vielfältig einsetzbar sind, haben duroplastische Kunststoffe allerdings einige Nachteile bei der Verarbeitung.

Zusammen mit den Projektpartnern entwickelt das Aachener Fraunhofer IPT im Projekt C³ – ColdCureComposites eine Produktionsanlage und die dazugehörigen Fertigungsprozesse, um ein neues, kalthärtendes Faserverbundhalbzeug aus Glasfasern herzustellen und weiterzuverarbeiten. Sogenannte GFK-Towpregs, also vorimprägnierte Glasfaserbündel, können durch verschiedene Lege- oder Wickelverfahren zur Herstellung von Leichtbaustrukturen verwendet werden.

Das Konsortium von C³ – Cold Cure Composites bildet die gesamte Wertschöpfungskette für die Herstellung und Qualifizierung des neuen Materials ab. Das Fraunhofer IPT und die beteiligten Unternehmen bündeln ihre Expertise, um strahlenhärtende Kunststoffe herzustellen, individuelle Bestrahlungsmodule und Produktionsanlagen auszulegen und zu fertigen sowie FVK-Bauteile in unterschiedlichen Produktionsverfahren herzustellen. Darüber hinaus prüfen und qualifizieren sie die Prozesse, Materialien und Bauteile. Die Anlage, die im Projekt entstanden ist, ist einfach skalierbar und kostengünstig in Betrieb zu nehmen. Damit ermöglicht sie eine ressourcenschonende Produktion von GFK-Towpregs in größerem Maßstab.

Gewickelte Rohre aus strahlenhärtendem glasfaserverstärktem Duroplast.
Gewickelte Rohre aus strahlenhärtendem glasfaserverstärktem Duroplast. (Bild: Fraunhofer IPA)

Bauteile aus konventionellen duroplastischen FVK müssen in großen beheizten Druckkammern, sogenannten Autoklaven, ausgehärtet werden, um optimale mechanische Eigenschaften zu erzielen. In der Produktion von Leichtbaukomponenten ist dies zeitaufwendig und verursacht hohe Kosten. Als Alternative zu konventionellen FVK, die ihre Endfestigkeit mittels Wärmezufuhr erreichen, setzen die Projektpartner auf strahlenhärtende Harze, die bei Raumtemperatur aushärten.

Durch eine kurzzeitige Bestrahlung mit Licht im sichtbaren (VIS) oder UV-A-Spektrum mit hoher Energiedichte und geeigneter Wellenlänge härtet das Material aus – der Energieaufwand und die Kosten reduzieren sich erheblich, der Prozess ist einfach zu regeln. Bereits die einfache Integration von UV-LEDs kann die Effizienz bestehender Herstellungsprozesse deutlich verbessern und eignet sich auch für das Nachrüsten bereits vorhandener automatisierter Produktionsanlagen.

Wie das Fraunhofer LBF Polymere grün macht

Roh- und Zusatzstoffe
Mann am Laborgerät
Roh- und Zusatzstoffe Alternative Additive

Wie das Fraunhofer LBF Polymere grün macht

Das Fraunhofer LBF, Darmstadt, hat sich als Forschungsschwerpunkt auf das Herstellen neuartiger Additive aus nachwachsenden Rohstoffen spezialisiert, die sowohl für Elastomere als auch für Thermoplaste geeignet sind. Wie neuartige Additive aus nachwachsenden Rohstoffen hergestellt werden, erfahren Sie hier.

Einen weiteren entscheidenden Vorteil gegenüber konventionellen FVK-Halbzeugen mit Duroplastmatrix identifizierten die Forscherinnen und Forscher: Duroplastische Halbzeuge müssen bei bis zu -18 °C gekühlt gelagert werden, um ein vorzeitiges Vernetzen und Aushärten des Materials zu verhindern. Das Halbzeug aus dem neuen Material muss stattdessen lichtgeschützt lagern, erfordert aber keine ständige energieintensive Kühlung. Durch die Verwendung lichtundurchlässiger Trägerfolien bei der Herstellung der kalthärtenden GFK-Towpregs erreichen die Projektpartner von C³ – ColdCureComposites, dass die Halbzeuge vor Gebrauch weniger aufwendig gelagert werden können.

Die Forscherinnen und Forscher untersuchen die Materialeigenschaften des neuen Halbzeugs mithilfe mechanischer Prüfungen. Darüber hinaus erproben sie im Legeverfahren, wie gut sich das neue Material weiterverarbeiten lässt. Ein weiterer großer Schritt ist es, das entwickelte Material in industriellen Testanwendungen einzusetzen und zu validieren. Das hergestellte vorimprägnierte Faserverbundhalbzeug verwenden sie in verschiedenen Demo-Bauteilen wie Platten und Rohren. Das Aushärten der Towpregs geschieht, ähnlich wie bei Thermoplast-Tapes, direkt während der Verarbeitung. Die Zykluszeiten verkürzen sich damit deutlich und die Produktionskosten sinken.

Um zu gewährleisten, dass die strahlenhärtenden Towpregs und das Matrixmaterial nach Projektende industriell vielfältig eingesetzt werden können, evaluieren die Partner unterschiedliche Verarbeitungsmethoden, zum Beispiel das automatisierte Tapelegen und Tapewickeln sowie den manuellen Laminataufbau in offenen Werkzeugformen.

 

Quelle: Fraunhofer IPT

Das sind die Top 15 der besonders klimabewussten Firmen

Coca-Cola

Platz 15: Coca-Cola Deutschland Für die Erstellung dieses Rankings haben das Datenportal Statista und die Wirtschaftszeitschrift Captial gemeinsam die CO2-Bilanzen von 2.000 deutschen Konzernen verglichen. Gerankt wurde hierbei nach der "Compound Annual Reduction Rate (CARR)", welche die durchschnittliche jährliche Emissionsreduzierung zwischen zwei Zeiträumen beschreibt. Auf Platz 15 im Ranking landet der Getränkehersteller Coca-Cola Deutschland, mit einem CARR-Wert von 20,7 Prozent zwischen 2014 und 2019. - (Bild: monticellllo/adobe-stock.com)

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Roboter

Platz 14: Kuka Der bayerische Robotik-Anbieter Kuka hatte zwischen 2017 und 2019 einen CARR-Wert in Höhe von 23 Prozent. - (Bild: Kuka)

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Adidas-Gebäude

Platz 13: Adidas Der Sportartikelhersteller Adidas hat seinen Hauptsitz in Herzogenaurach. Zwischen 2015 und 2019 betrug die Compound Annual Reduction Rate des Unternehmens 23,4 Prozent. - (Bild: Adidas)

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Farbeimer

Platz 12: DAW Das in der Farben- und Lackbranche tätige Unternehmen DAW (Deutsche Amphibolin-Werke) hatte zwischen 2015 und 2019 einen CARR-Wert von 23,6 Prozent. - Symbol (Bild: svort/adobe-stock.com)

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Elektroauto von Porsche

Platz 11: Porsche Der Sportwagenbauer Porsche mit Hauptsitz in Stuttgart landet auf Platz 11, mit einem CARR-Wert von 23,9 Prozent zwischen 2014 und 2019. - (Bild: Porsche)

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Verkaufsfläche von Puma

Platz 10: Puma Den zehnten Platz schnappt sich ein weiterer Sportartikelhersteller. Diesmal handelt es sich um das Unternehmen Puma, das zwischen 2014 und 2019 eine Compound Annual Reduction Rate in Höhe von 25,6 Prozent hatte. - (Bild: Puma)

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Telefónica

Platz 9: Telefónica Deutschland Den gleichen CARR-Wert wie Puma, also ebenfalls 25,6 Prozent zwischen 2014 und 2019, hat auch das Telekommunikationsunternehmen Telefónica Deutschland, das hauptsächlich im Namen seiner Kernmarke O₂ agiert. - (Bild: Telefónica)

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Gebäude von PSI

Platz 8: PSI Software Das Softwareunternehmen PSI Software hat einem CARR-Wert von 25,8 Prozent zwischen 2014 und 2019. - (Bild: PSI Software)

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Verkaufsfläche von Vorwerk

Platz 7: Vorwerk Vorwerk ist ein Hersteller von Haushaltsgeräten, zu dessen Produktportfolio unter anderem Staubsauger oder auch die Multifunktions-Küchenmaschine Thermomix zählen. Zwischen 2016 und 2018 lag der CARR-Wert des Unternehmens bei 26,5 Prozent. - (Bild: Vorwerk)

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Kreissäge

Platz 6: Surteco Group Bei dem sechstplatzierten Unternehmen in diesem Ranking handelt es sich um die Surteco Group, die beispielsweise Oberflächenmaterialien auf Papier- und Kunststoffbasis produziert. Die Compound Annual Reduction Rate von Surteco lag zwischen 2016 und 2019 bei 27,5 Prozent. - Symbol (Bild: karepa/adobe-stock.com)

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Gebäude von Munich Re

Platz 5: Munich Re Die Rückversicherungsgesellschaft Munich Re hat ihren Hauptsitz, wie der Name schon verrät, in der bayerischen Hauptstadt. Zwischen 2016 und 2019 lag der CARR-Wert des Unternehmens bei 28,3 Prozent. - (Bild: Munich Re)

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Verkaufsfläche von Ceconomy

Platz 4: Ceconomy Platz 4 im Ranking hat seinen Sitz in Düsseldorf und ist ein internationaler Handelskonzern. Die Rede ist von Ceconomy (ein ehemaliger Metro-Firmenmantel), unter dem die Elektronik-Fachmärkte Media Markt und Saturn laufen. Die Compound Annual Reduction Rate des Unternehmens lag zwischen 2016 und 2019 bei 33,7 Prozent. - Symbol (Bild: Nomad_Soul/adobe-stock.com)

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E-Mobil von Barmenia

Platz 3: Barmenia Den Start in die Top 3 macht die Versicherungsgruppe Barmenia. Das Unternehmen mit Sitz in Wuppertal hatte zwischen 2016 und 2019 einen CARR-Wert von 34 Prozent. - (Bild: Barmenia)

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Gardena Mähroboter

Platz 2: Gardena Gardena ist ein in Ulm ansässiger Hersteller von Gartengeräten. Zwischen 2015 und 2019 lag der CARR-Wert des Unternehmens bei 35,3 Prozent. - (Bild: Gardena)

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Lager von Zalando

Platz 1: Zalando Spitzenreiter und damit das "klimabewussteste Unternehmen Deutschlands" ist der Online-Versandhändler Zalando mit Sitz in der Hauptstadt Berlin. Als einziges Unternehmen erreichte Zalando eine Compound Annual Reduction Rate von über 40 Prozent - zwischen 2016 und 2019 betrug der CARR-Wert des Händlers 40,9 Prozent. - (Bild: Zalando)

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