ThyssenKrupp sammelt Erfahrungen mit Faserverbundmaterial
Die Automatisierung beim Aufbau von Faserverbundbauteilen kommt allmählich voran. Am Leichtbauzentrum der TU Dresden entwickelten Ingenieure inzwischen serienreife Karosserieteile und Felgen für die Automobilindustrie. Mit ThyssenKrupp steigt nun ein großer Stahlkonzern in das Geschäft mit den faserverstärkten Kunststoffen ein.
Im Leichtbau-Zentrum Sachsen werden Leichtbaulösungen hergestellt. Ein Schwerpunkt liegt auf dem Multi-Material-Design, wie etwa Composites, Stähle, Leichtmetalle und Kunststoffe. Das Leichtbau-Zentrum Sachsen ist ein Unternehmen der TU Dresden.
Foto: Leichtbau-Zentrum Sachsen
Christoph Klotzbach hält scheinbar mühelos eine Lkw-Felge in den Händen, was eigentlich nicht möglich wäre: 80 kg wiegt ein solches Bauteil üblicherweise, doch im TechCenter CarbonComposites in Kesselsdorf bei Dresden geht alles leichter. Nur 20 kg schwer ist das Bauteil, nachdem es statt aus Stahl aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) entstanden ist. Große Pkw-Felgen mit 18 Zoll für breite Reifen wiegen hier nur 8,6 kg, während ein solches Rad aus Aluminium 14 kg auf die Waage bringt.
„Wir sparen damit im High-End-Bereich nicht nur gut 25 kg Fahrzeuggewicht, sondern verbessern auch die Beschleunigungswerte in einem durchaus messbaren Bereich“, sagt Klotzbach, Direktor des TechCenters Carbon Composites von ThyssenKrupp. Der Grund ist die rotatorische Massenträgheit derartiger Elemente. Bei Fahrzeugen, die mit einem Drehmoment von 350 Nm auf Geschwindigkeiten von über 200 km/h beschleunigt werden, werde diese Trägheit vom Motor oder der Bremse überwunden – entsprechend hoch sei das Einsparungspotenzial durch Leichtbau.
Patentierte Lösung ähnelt Klicksystem beim Parkett
Bislang aber galten die leichten CFK-Bauteile, die gegenüber Aluminium rund 30 % Gewichtsvorteil bringen, zugleich als problematisch: In den Zonen wie dem Radstern, wo sehr hohe Kräfte wirken, müssen in der Regel zusätzliche Metallverstärkungen eingesetzt werden, was bei Werkstoffen unterschiedlicher Wärmeausdehnungskoeffizienten schwierig ist. „Wir haben eine patentierte Lösung, bei der die Bauteile hinterschnittig-formschlüssig verbunden sind“, verdeutlicht Klotzbach.
Vorstellen kann man sich das wie ein Klicksystem beim Parkett – allerdings bilden Aluminium und Karbonteil eine absolut sichere Einheit. Inzwischen sind die Tests bei nahezu allen Erstausrüstern (OEM) ohne Beanstandung absolviert, die Serienfertigung kann beginnen.
Um eine eigene Fabrik aufbauen und betreiben zu können, haben sich die beteiligten Wissenschaftler der TU Dresden in einem Spin-off wirtschaftlich selbstständig gemacht und mit dem Stahlriesen ThyssenKrupp einen Partner gesucht. „Das im letzten September gegründete Joint Venture ist eine ideale Verbindung“, findet Jens Werner, Technischer Geschäftsführer des Joint Ventures ThyssenKrupp Carbon Components. Das gilt wohl nicht weniger für den Essener Stahlriesen, der in den nächsten Jahren mit einem Kraftakt umgebaut werden soll.
Hightech-Gemeinschaftsunternehmen
Vorstandschef Heinrich Hiesinger ließ es sich daher nicht nehmen, selbst das Startsignal für das Hightech-Gemeinschaftsunternehmen zu geben. „Wir sind ein Konzern im Umbruch. Es geht dabei nicht nur um Altlasten, sondern vor allem um die Orientierung auf Zukunftsfelder“, sagte er. So habe man 2012 die Ausgaben für Forschung und Entwicklung um 17 % und im laufenden Jahr immer noch einmal um gut 12 % gegenüber dem jeweiligen Vorjahr erhöht.
Stahl bleibe ein ganz wichtiger Werkstoff, aber das schließe ein, dass man sich auch neuen vielversprechenden Werkstoffen zuwende. In der zunächst mit nur wenigen Maschinen gefüllten Halle der ThyssenKrupp Carbon Components sollen künftig die Leichtbauaktivitäten des Konzerns fokussiert werden. „Wir wissen, dass es für den Aufbau einer Produktion noch großer Investitionen bedarf, aber wir werden das Geld aufbringen“, versprach Hiesinger.
Noch bis Jahresende sollen die Anlagen und die Technologie feinjustiert werden, um dann eine weitgehend automatisierte Produktion von bis zu 30 000 Felgen pro Jahr hochzufahren. Der gesamte Prozess vom automatischen Flechten der Matten, dem Legen, Zuschnitt und dem Hochdruckpressen kann in der neuen Fabrik abgebildet werden. Einige der Maschinen, wie das 8,50 m im Durchmesser aufweisende Flechtrad der Firma Herzog sind weltweit Unikate.
Die Felgenproduktion soll eine erste Etappe sein, berichtet Jens Werner. Weitere Komponenten im Fahrzeug- und Maschinenbau seien bereits heute im Entwicklungsstadium weit vorangekommen.
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