thermoPre® - Großserientaugliche Herstellung thermoplastischer Preformmaterialien im einstufigen Direktverarbeitungsverfahren - Chemnitz (2012-2015)

Der Wachstumskern

Im innovativen regionalen Wachstumskern thermoPre®
haben sich 19 Unternehmen
und 3 Forschungseinrichtungen
zu einem interdisziplinären branchenübergreifenden Bündnis
unter dem Namen thermoPre® (thermoplastische Prepregs) zusammengeschlossen. Der Wachstumskern steht für eine kontinuierliche, serientaugliche Herstellung thermoplastischer Preformmaterialien im einstufigen Direktverarbeitungsverfahren. Dabei kommt die besondere lokale Präferenz der Region Chemnitz zum Tragen, bei der die Projektpartner entlang der gesamten Wertschöpfungskette angeordnet sind, von der Textil- und Werkstofftechnik über den Kunststoff- und Textilmaschinenbau sowie Formenbau bis hin zur Kunststoffverarbeitung und Bauteilfertigung in Großserie.

Faserkunststoffverbunde für Hochleistungsanwendungen zählen heute zu den zukunftsweisenden Werkstoffen mit einem dynamisch wachsenden Marktpotential. Vorreiter für den Einsatz von carbon- und glasfaserverstärkten Kunststoffen (CFK und GFK) sind der Automobil- und Flugzeugbau. Aufgrund ihres geringen Gewichtes werden Faserkunststoffverbunde auch verstärkt in anderen Industriebereichen, wie z.B. im Schienenfahrzeug-, Maschinen-, Apparate- und Anlagenbau für Leichtbaulösungen eingesetzt. Der notwendige Durchbruch zu einer massenhaften Anwendung wird derzeit durch den geringen Automatisierungsgrad bei der Herstellung und damit durch zu hohe Kosten behindert.

Gegenwärtig werden faserverstärkte Kunststoffe mit verschiedenen Verfahrenstechnologien hergestellt, die durch lange Verarbeitungs- und Zykluszeiten gekennzeichnet und nur bedingt für die Großserie geeignet sind. Bei der Produktion von hochleistungsfähigen, insbesondere hochfesten Bauteilen sind nach wie vor duromere Systeme am weitesten verbreitet. Auf Grund hoher Zykluszeiten im Fertigungsprozess bleiben diese Anwendungen auf Kleinserien begrenzt. Deshalb wird sich in fast allen Entwicklungsbereichen für den Leichtbau verstärkt den thermoplastischen Materialsystemen gewidmet.

Die Entwicklung der Technologien zur Herstellung einsatzangepasster, thermoplastischer und endlosfaserverstärkter Halbzeuge und Bauteile in einstufiger Direktverarbeitung ist eine Antwort auf die Forderungen nach Effizienz- und Performancesteigerung, verbunden mit Energieeinsparung, Kostenreduzierung und Eigenschaftsverbesserung. Kern der Technologieplattform ist die einstufige Direktverarbeitung „in einer Wärme“, die vor allem zu einer deutlichen Steigerung der Produktivität führt. Durch die hohe Prozessvariabilität vom Werkstoff bis zum Endprodukt gestattet die neue Technologie zugleich die direkte Beeinflussung von Prozesskenngrößen und damit die Herstellung belastungsgerechter und einsatzangepasster Halbzeuge und Bauteile.

 

Ziele

Das Hauptziel des Wachstumskerns thermoPre® besteht in der Entwicklung einer Großserientechnologie, welche zu einer deutlichen Kostensenkung und zugleich zu einer Performancesteigerung bei den Produkten führt. Dieser Technologiesprung soll vor allem durch die qualitativ neue Vereinigung von bisher völlig separat fungierenden Prozessstufen zu einer kontinuierlich arbeitenden einstufigen Direktverarbeitungsanlage erreicht werden. Die neue Technologieplattform konzentriert sich auf die Herstellung endlosfaserverstärkter thermoplastischer Halbzeuge sowie deren Anwendungen. Im Vergleich zur Kurz- und Langfaserverstärkung weisen endlosfaserverstärkte Thermoplaste den höchsten Integrationsgrad und die größten Leichtbaupotentiale auf.

Durch die Einbeziehung von neuartigen Applikationstechnologien können Hochleistungsbauteile mit qualitativ neuen Eigenschaften einsatzangepasst entwickelt werden. Die unmittelbare Weiterverarbeitung der Halbzeuge wird anhand von Bauteilen aus folgenden Bereichen demonstriert:

  • crashrelevante- und Strukturbauteile für den Automobilbau
  • Verstärkungs- und Funktionssysteme für den Fahrzeugbau (PKW und Baufahrzeuge)
  • gewickelte, faserverstärkte Treibstoffbehälter für das Transportwesen
  • faserverstärkte, thermoformbare Folien und Platten für den Einsatz in Schienenfahrzeugen, im Bauwesen und in der Energiewirtschaft (Kleinwindenergieanlagen)

Projekte

Der Wachstumskern thermoPre® umfasst sieben untereinander vernetzte FuE-Verbundvorhaben, wobei die beiden Technologie-Verbundprojekte im Mittelpunkt stehen. Ziel der vier Applikations-Verbundprojekte ist es, mit ausgewählten Weiterverarbeitungstechnologien für die thermoPre® -Halbzeugstrukturen neue Herstellungsverfahren für Produktmuster zu entwickeln und damit zugleich die gesamte Prozesskette zu optimieren. Schließlich erfolgt mit einem Querschnittsprojekt die Simulation, Berechnung und Auslegung der neuen thermoPre®- Verbundwerkstoffe und Funktionsmuster.

  • Verbundprojekt 1: Entwicklung und Herstellung der Verfahrenstechnik der Einstufigen Direktverarbeitung
  • Verbundprojekt 2: Technik und Technologie zur Herstellung belastungsgerecht aufgebauter Mehrschichtverbunde (Contitaping)
  • Verbundprojekt 3: Applikation der thermoPre®-Halbzeuge im großserientauglichen Herstellungsprozess für crashrelevante Strukturbauteile durch Umformen
  • Verbundprojekt 4: Verstärkungs- und Funktionssysteme aus thermoplastbasierten endlosfaserverstärkten Kunststoffen zur Bauteilverstärkung im PUR-Sprühen und -funktionalisierung im Spritzguss
  • Verbundprojekt 5: Herstellungsverfahren für gewickelte, druckbeanspruchte Behälter
  • Verbundprojekt 6: Herstellungsverfahren für Bauteile in Personentransportmitteln, für das Bauwesen sowie für die Energiewirtschaft durch Thermoformung sowie Entwicklung von Recyclingkonzepten
  • Verbundprojekt 7: Simulation, Berechnung und Auslegung endlosfaserverstärkter thermoPre® -Kunststoffverbunde

Partner

Unternehmen• Blechformwerke Bernsbach GmbH, Bernsbach
• Dr. Collin GmbH, Ebersberg
• ERMAFA Sondermaschinen- und Anlagenbau, Chemnitz
• FIBER-TECH Group GmbH, Chemnitz 
• FKT Formenbau und Kunststofftechnik GmbH, Triptis
• Frauenthal Automotive Elterlein GmbH, Elterlein
• Gebr. Ficker GmbH, Marienberg
• KARL MAYER MALIMO Textilmaschinenfabrik GmbH, Chemnitz
• Lakowa Gesellschaft für Kunststoffbe- und -verarbeitung mbH, Wilthen
• Lätzsch GmbH Kunststoffverarbeitung, Kitzscher
• LSE Lightweight Structures Engineering GmbH, Chemnitz
• Minda KTSN Plastic Solutions GmbH & Co. KG, Pirna
• Norafin Industries (Germany) GmbH, Mildenau
• Nordmetall GmbH, Adorf
• S&F Maschinen- und Werkzeugbau GmbH, Chemnitz
• SITEC Automation GmbH, Chemnitz
• SOTEX Sondermaschinen GmbH, Auerbach
• WIDOS Wilhelm Dommer Söhne GmbH, Chemnitz

Forschungseinrichtungen

• Cetex Institut für Textil- und Verarbeitungsmaschinen gGmbH, Chemnitz
• Kompetenzzentrum Strukturleichtbau e.V. (SLB), Chemnitz
• TU Chemnitz, Fakultät Maschinenbau, Professur Strukturleichtbau und
   Kunststoffverarbeitung (SLK), Chemnitz

Assoziierter Partner

• Volkswagen Sachsen GmbH, Zwickau

 

Kontakt

Bündnissprecher
Dr.-Ing. Uwe Hartmann
ERMAFA Sondermaschinen- und Anlagenbau GmbH
Otto-Schmerbach-Straße 19
09117 Chemnitz
Tel.: 0371 334281-11
E-Mail: u.hartmann@ersoma.de

FuE-Verantwortliche
Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Lothar Kroll
Dr.-Ing. Wolfgang Nendel
Technische Universität Chemnitz
Fakultät für Maschinenbau
Professur Strukturleichtbau und Kunststoffverarbeitung (SLK)
Reichenhainer Straße 70
09126 Chemnitz
E-Mail: info@thermopre.de

Netzwerkmanagement
Dipl.-Ing. Ellen Harzendorf
thermoPre® e.V.
Technologie Campus 1
09126 Chemnitz
Tel.: 0371 531 38381
E-Mail: info@thermopre.de
www.thermopre.de


Laufzeit: 01.11.2012-31.10.2015

Berichterstattung aus dem "Blickpunkt" finden Sie hier.