Aus der Branche

Die AVK – Industrievereinigung Verstärkte Kunststoffe hat 2021 erneut Innovationspreise an Unternehmen, Institute und deren Partner vergeben. Jeweils drei Composites-Innovationen aus den drei Kategorien „Produkte und Anwendungen“, „Prozesse und Verfahren“ sowie „Forschung und Wissenschaft“ wurden während des neuen Events JEC Forum DACH am 23. November 2021 ausgezeichnet, das in seiner ersten Ausgabe in Frankfurt stattfand.

„Auch in diesem Jahr waren wieder viele sehr interessante und vielversprechende Produkte und Verfahren dabei. Der Innovationspreis zeigt, wie leistungsfähig, wirtschaftlich und nachhaltig sich Faserverstärkte Kunststoffe und mit ihnen die Firmen und Institute präsentieren,“ erklärte AVK-Geschäftsfüher Dr. Elmar Witten. Die hochkarätig besetzte Fachjury ehrte in diesem Jahr u.a. folgende Innovationen:

Kategorie Forschung und Wissenschaft
Den 1. Platz in der Kategorie „Forschung und Wissenschaft“ erhielt das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) mit der Bondline Control Technologie (BCT). Das innovative Verfahren dient der Qualitätskontrolle und -sicherung von Klebverbindungen. Kernelement ist ein poröses Gewebe, das mittels Epoxidklebstoff oder Matrixharz auf eine Fügefläche appliziert wird. Das Abschälen des Gewebes erzeugt eine chemisch reaktive und hinterschnittige Oberfläche und kann gleichzeitig als Adhäsionstest zum Untergrund dienen Die BCT bietet verschiedene Anwendungsmöglichkeiten. Zum Beispiel können Abreißgewebe durch das BCT-Gewebe ersetzt werden, um Verbundbauteile mit optimierter Fügefläche herzustellen. Der kostengünstige Schältest kann in der Couponprüfung und zur Prozesskontrolle genutzt werden. Außerdem kann die kombinierte Haftprüfung und Oberflächenvorbehandlung zur Qualitätssicherung geklebter Reparaturen an Faserverbundstrukturen eingesetzt werden.

Den 2. Platz erhielt das Institut für Textiltechnik (ITA) der RWTH Aachen University und seinen Partnern AEROVIDE GmbH, Altropol Kunststoff GmbH, Basamentwerke Böcke GmbH, TechnoCarbon Technologies GbR mit „StoneBlade - Leichtbau mit Granit für die Windindustrie“. Die Innovation ermöglicht die Reduzierung von nicht-recyclefähigem Material im Rotorblattbau. Gleichzeitig wird das Gewicht reduziert und die mechanischen Eigenschaften zur Standsicherheit von Windkraftanlagen erhöht. Hierzu wird glasfaserverstärkter Kunststoff in den Blattkomponenten durch Hartgestein als naturbasiertes, kostengünstiges und verwertbares Leichtbaumaterial ersetzt. Die auf wenige Millimeter Dicke geschliffenen Gesteinsplatten werden in ein Faserverbund-Laminat mit Carbonfasern eingebracht und so für wechselnde Lastfälle stabilisiert. Das vorgespannte Material ist im Verbund druckstabil und kann ohne einen Verlust von Steifigkeit Zugkräfte im Dauerwechsellastfall aufnehmen.

Platz 3 ging an die Technische Universität Dresden – Institut für Leichtbau und Kunststofftechnik (ILK) mit dem Partner Mercedes Benz AG mit der interdisziplinären Entwicklung eines hochintegrierten induktiven Lademoduls für Elektrofahrzeuge. Das ultra-dünne Lademodul sollte dabei den Raum im Fahrzeugunterboden optimal ausnutzen ohne die Bodenfreiheit zu verringern. Dafür wurde ein interdisziplinärer Entwicklungsprozess angewendet und eine übergreifende elektrische, mechanische und prozesstechnische Charakterisierung von Hochfrequenzlitzen, ferromagnetischer Folie und Metalldrahtgeweben durchgeführt und ein Simulationsmodelll erstellt. Das Ergebnis ist ein Demonstrator für ein Ladesystem mit  einer Aufbauhöhe von 15 mm und einem Gesamtgewicht von 8 kg. Es erreicht eine Übertragungseffizienz von bis zu 92 Prozent bei 7,2 kW Nennleistung und aktiver Luftkühlung. Der Hardware-Demonstrator wurde in einem 3-stufigen Prozess unter Nutzung des RTM- und VARI-Verfahrens hergestellt.

Übersicht aller Preisträger in den drei Kategorien:
Kategorie „Innovative Produkte und Anwendungen“
1. Platz: „Verkehrsschilder von Nabasco (N-BMC)“ – Nabasco Products BV und Lorenz Kunststofftechnik GmbH, Partner: Pol Heteren BV und NPSP BV
2. Platz: „Neuentwickeltes ultratoughes Vinylesterharz für den Großschiffbau“ Evonik Operations GmbH
3. Platz: „Lufteinlassgehäuse in Multi-Material-Design für Gasturbinen“ – MAN Energy Solutions SE, Leichtbau-Zentrum Sachsen GmbH und Leichtbau-Systemtechnologien KORROPOL GmbH
Kategorie „Innovative Prozesse und Verfahren“
1. Platz: „In-Mould Wrapping“ werkzeugfallende, folierte Faserverbundbauteile für Exterieur-Anwendungen– BMW Group, Partner: Renolit SE
2. Platz: „Adaptive automatisierte Reparatur von Composite-Strukturkomponenten in der Luftfahrt“ – Lufthansa Technik AG, Partner: iSAM AG
3. Platz: „Automatisierte Oberflächenvorbehandlung mittels VUV-Excimer Lampen – CTC GmbH
Kategorie „Forschung und Wissenschaft“
1. Platz: „Bondline Control Technologie (BCT)“ – Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)
2. Platz: „StoneBlade - Leichtbau mit Granit für die Windindustrie“ – Institut für Textiltechnik der RWTH Aachen University, Partner: AEROVIDE GmbH, Altropol Kunststoff GmbH, Basamentwerke Böcke GmbH, TechnoCarbon Technologies GbR
3. Platz: „Interdisziplinäre Entwicklung eines hochintegrierten induktiven Lademoduls für Elektrofahrzeuge“ – Technische Universität Dresden – Institut für Leichtbau und Kunststofftechnik (ILK), Partner: Mercedes Benz AG

Die Ausschreibung für den nächsten Innovationspreis startet Ende Januar 2022.

Nachhaltigkeit, Recycling sowie E-Mobilität spielen auch bei der Herstellung und Verwendung von Composites eine immer größere Rolle und sind deshalb wichtige Themen in neuen oder bewährten Experten-Arbeitskreisen der AVK – Industrievereinigung Verstärkte Kunststoffe.

Die Themen Energiewende, Ressourcenschonung und Nachhaltigkeit sind Kernthemen des derzeitigen gesellschaftlichen und kulturellen Wandels. Die Nutzung und Schonung natürlicher Ressourcen und der Umgang mit dem Planeten Erde als Ökosystem generell sind zentrale Elemente des politischen Diskurses und halten Einzug in fast alle gesellschaftlichen und industriellen Themenbereiche. Das ökologische Bewusstsein hat in der Bevölkerung in den letzten Jahren massiv zugenommen und dieser Trend verstärkt sich auch weiterhin.

Auch Composites als Konstruktionsmaterialien und werkstoffliche Alternative zu etablierten Materialsystemen müssen sich diesen Themenbereichen stellen. Kunststoffe in all ihrer Vielfalt können, aufgrund ihrer Langlebigkeit, auch zu einem Problem werden. Hier gilt es Konzepte zu entwickeln und im industriellen Maßstab Lösungen umzusetzen. Nicht zuletzt wegen ihrer hohen Relevanz und der Aktualität nehmen entsprechende Themen in neuen, aber auch bewährten Experten-Arbeitskreisen der AVK einen breiten Raum ein.

Composites können durch ihre große Material- und Eigenschaftsvielfalt perfekt an die aktuellen Herausforderungen bei den Themen im Energie-, Automobil- und Bausektor angepasst werden. Ihre besonderen Eigenschaften haben sie vor allem in den Anwendungen bekannt gemacht, bei denen Leichtbau, Langlebigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Wartungsarmut gefordert sind. Windkraftanlagen beispielsweise wären ohne Composites nicht denkbar.

Hervorragende Eigenschaften in der Nutzungsphase reichen heute nicht mehr aus: Konstruktionsmaterialien müssen ihre Eignung über den gesamten Lebenszyklus nachweisen. Das Thema Nachhaltigkeit wird in allen Anwendungsbereichen immer wichtiger. Neue AVK-Arbeitskreise zu Themen wie Werkstoffeigenschaften und -anforderungen für die E-Mobilität, Recycling von Composites oder auch zu Thermoplastischen Composites-Rohren zeigen, welch große Dynamik im Composites-Sektor herrscht und was für die Zukunft möglich ist.

Auch die Themen in bewährten Arbeitskreisen werden aktuell ergänzt, wie z. B. SMC-Anwendungen in der Elektro-Mobilität oder die Vorteile von pultrudierten Composites im Infrastrukturbereich. Dabei bietet auch der Leichtbau von Komponenten in den weiter auf Einsparung von Ressourcen bedachten Industriesektoren eine große Vielfalt an Einsatzmöglichkeiten für Composites. Bereits heute zeigen sich Composites auch im Hinblick auf die Nachhaltigkeit vielfach gut aufgestellt.

Die Teilnahme an den AVK-Expertenarbeitskreisen ist für Mitarbeiter von Mitgliedsunternehmen kostenlos. Mehr zu den Themen rund um die Arbeitskreise auf www.avk-tv.de

Die anstehende Verkehrswende ist eines der zentralen wirtschaftlichen und industriellen Themen unserer Zeit. Umweltschutz und ein möglichst nachhaltiger Umgang mit unserem Planeten und seinen endlichen Ressourcen sowie der Wunsch nach individueller Mobilität dürfen sich zukünftig nicht mehr gegenseitig ausstechen. Es gilt Lösungen zu finden, die beide Wünsche gleichberechtigt berücksichtigen.

In den letzten Jahren steht bei der Betrachtung möglicher Alternativer Antriebssysteme vor allem der Wechsel von klassischen Verbrennungsmotoren hin zur Elektro-Mobilität im Fokus. Auch wenn es zahlreiche weitere Optionen gibt, so ist diese das derzeit politisch und auch wirtschaftlich oftmals präferierte Modell, auf das die Automobilindustrie mit allen vor- und nachgelagerten Industriezweigen reagieren muss.

Auch für die Composites-Industrie ergeben sich neue Herausforderungen. Bislang ist der Transportbereich mit einem Anteil von 32 % das zweitwichtigste Anwendungssegment der Composites Industrie (vgl. Abb. 1). Betrachtet werden hier alle Lang- sowie Endlosfaserverstärkten Materialsysteme. Änderungen und neue Impulse in diesem so wichtigen Bereich haben, sowohl für die deutsche Industrie generell als auch für die Zulieferindustrie im Speziellen, einen fundamentalen Einfluss auf viele Akteure im Composites-Markt.

Bereits vielfach wurde in den letzten Monaten ein Abgesang auf die Composites im Automobilbereich angestimmt, da Leichtbau seinen Einfluss bei der E-Mobilität vermeintlich verloren habe. Dies muss sich, wenn man die reine Physik betrachtet, schon grundlegend als falsch herausstellen und wurde mittlerweile ja auch vielfach entkräftet. Darüber hinaus wird aber übersehen, dass Composites über ein enorm vielfältiges und breites Eigenschaftsniveau, auch über den Leichtbau hinaus aufweisen. Die Leichtbaumöglichkeiten sind nur ein Baustein der für den Einsatz von Composites, vor allem auch in der Elektromobilität spricht.

Wie genau Composites zukünftig eingesetzt werden können und wo sich die meisten Potenziale zeigen, dass war Thema einer Arbeitskreissitzung der AVK zum Thema "Werkstoffeigenschaften und -anforderungen für die E-Mobilität“. Mehr als 150 angemeldete Teilnehmer informierten sich am 24. März über den aktuellen Stand aus Forschung und Entwicklung sowie derzeitige und zukünftige Anwendungsszenarien.

Leitfähige Kunststoffe, Kunststoffe im Hochvoltbereich, aber auch direktgekühlte Motoren aus faserverstärkten Kunststoffen waren dabei ebenso Thema, wie neue Materialentwicklungen und konkrete Anwendungsfelder im PKW-Bereich.

Potenziale für den Einsatz von Kunststoffen und ganz speziell auch Composites zeigen sich beispielsweise im Bereich des Batteriegehäuses bzw. des Deckels der Batteriegehäuse.

Das Batteriegehäuse inklusive Deckel ist in einem Fahrzeug ein Teil der gesamten Fahrzeugstruktur. Das Gehäuse beherbergt die Zellen, die Kühlung, die Verkabelung und schützt vor Crash-/Crush- Schäden. Composites verfügen u. a. über eine gute Zug- und Biegefestigkeit und erhöhen die Steifigkeit. Darüber hinaus ist eine hohe Formstabilität und elektrische Isolation garantiert. Spontanversagen des Bauteils gibt es nicht. EV (electric vehicle)-Batterien haben in der Regel große Dimensionen und ein komplexes Design. Große Bauteile und komplexe Formen lassen sich mit Composites in einem Bauteil darstellen, mehrstufige Verarbeitungsprozesse entfallen. Dies sind nur einige der Vorteile, die durch den Einsatz von Composites entstehen können. Die Experten des AVK-Arbeitskreises waren sich einig: die Elektromobilität bietet vielfältige Chancen für Composites. Man muss als Industrie die sich bietenden Möglichkeiten gemeinsam angehen, um von den anstehenden Änderungen profitieren zu können. Darüber hinaus muss die Vorteilhaftigkeit der Materialien zukünftig noch besser nach außen und zu potenziellen Nutzern/Anwendern kommuniziert werden.

Deswegen wurde entschieden, die Arbeit gemeinsam fortzusetzen. Ein nächstes Treffen des Arbeitskreises „Werkstoffeigenschaften und -anforderungen für die E-Mobilität“ wird am 24.06.2021 stattfinden.