Projektleiter

• Simon Kleinhenz (IPA)
• Thomas Scherer (IGB)

Projektvolumen

0,47 Mio. €

Laufzeit

01.10.2017 – 31.03.2020

Projektpartner

• Fraunhofer - Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA
• Fraunhofer - Institut für Grenzflächen und Bioverfahrenstechnik IGB

Projektbegleitender Ausschuss

• Absolut Filtration
• Afton Chemical GmbH
• APODIS GmbH
• Blaser Swisslube AG
• C6 Composite Tooling GmbH
• CARL BECHEM GMBH
• esgemo GmbH & Co. KG
• Haufler Composites GmbH & Co. KG
• Hufschmied Zerspanungssysteme GmbH
• JAKOB SCHMID GmbH + Co. KG
• KÖBO ECO PROCESS GmbH
• LANXESS Deutschland GmbH
• Oemeta Chemische Werke GmbH
• UNITI-Mineralöltechnologie GmbH
• ZET-CHEMIE GmbH
• Verband Schmierstoff-Industrie e. V.

Die Gewichtsreduzierung bewegter Massen ist eines der primären Zukunftsziele im Automobil- und Luftfahrtbereich. Faserverstärkte Kunststoffe (FVK) bieten aufgrund ihrer hervorragenden gewichtsbezogenen Steifigkeiten ein enormes Potenzial dieses Ziel zu erreichen. Jährliche Wachstumsraten zwischen 10 und 13 % sowie eine Verdopplung des FVK Bedarfs bis zum Jahr 2022 werden erwartet. Die FVK-Branche wird von kleinen bis mittleren Unternehmen (KMU) dominiert, da FVK-Bauteile zumeist Spezialprodukte ohne etablierte Massenfertigung sind. Bei der trotz endkonturnaher Herstellung notwendigen Zerspanung besitzt die Trockenbearbeitung gravierende Nachteile. Glas- bzw. Kohlenstofffasern führen zu hohem Werkzeugverschleiß und FVK-Stäube stellen eine Gefährdung für die Prozess- und Maschinensicherheit dar. Bei Einsatz von Kühlschmierstoffen (KSS) hingegen wird der Staub direkt gebunden und abtransportiert.

Der Schwerpunkt des Forschungsvorhabens liegt daher auf der Entwicklung eines für die FVK-Zerspanung maßgeschneiderten KSS und der Demonstration der Produktionskette. Die Projektdaten zur Kunststoffverträglichkeit, Klebe- und Lackierbarkeit, sowie Gleitreibungszahlen in Kombination mit ausgewählten FVK-Werkstoffen stehen Fachleuten nach dem Projekt in Form einer Datenbank zur Verfügung. Darüber hinaus werden geeignete Nasswerkzeuge identifiziert, die in Wechselwirkung mit dem optimalen KSS zu höheren Werkzeugstandzeiten bei gesteigerter Bearbeitungsgeschwindigkeit und damit zu kostengünstigen hoch qualitativen FVK Bauteilen führen.

Der projektbegleitende Ausschuss (PA) ist mit dem Verband Leichtbau, mit Werkzeug- und KSS Herstellern, Anbietern von KSS Echtzeitüberwachung und einem KSS Filtrationsanbieter besetzt und unterstreicht mit seiner Zusammensetzung die KMU-Relevanz dieses Projektes. Dem PA wird durch die Projektergebnisse eine wirtschaftliche Teilnahme am schnell wachsenden CFK-Markt ermöglicht.

Abbildung: Wertschöpfungskette beim Einsatz von Kühlschmierstoff  

Vortrag zum MAI Carbon Projektforum 2019: hier herunterladen

Vortrag zum MAI Carbon Projektforum 2020: hier herunterladen

Haben Sie noch Fragen zu dem Projekt? Zögern Sie bitte nicht, uns zu schreiben: leichtbau-forschung@composites-united.com 

Projektleiter

Prof. Dr.-Ing. habil. Maik Gude

Projektvolumen

0,33 Mio. €

Laufzeit

01.07.2019 – 30.06.2021

Projektpartner

TU  Dresden - Institut für Leichtbau und Kunststofftechnik, Professur für Systemleichtbau und Mischbauweisen

Projektbegleitender Ausschuss

• DBF Deutsche Basalt Faser GmbH
• EBF Dresden GmbH
• Elbe Flugzeugwerke GmbH
• Ginkgo Projektentwicklung GmbH
• HALFEN GmbH
• Hentschke Bau GmbH
• Hentschke Bau GmbH
• RÜHL PUROMER GmbH
• SGL Technologies GmbH
• Symate GmbH

Bewehrungsstäbe aus Faser-Kunststoff-Verbunden (FKV) werden bevorzugt mittels Pultrusion gefertigt, da diese eine kontinuierliche Herstellung von FKV-Profilen ermöglicht. Dabei ist jedoch die für den Formschluss im Beton erforderliche Ausbildung einer Profilierung nur durch zusätzliche, nachgelagerte Fertigungsschritte möglich und mit Einschränkungen hinsichtlich Verstärkungswirkung und Materialeffizienz verbunden.

Ziel des Vorhabens ist daher die Entwicklung eines einstufigen Pultrusions- und Umformprozesses (Helix-Pultrusion) zur wirtschaftlichen Herstellung profilierter FKV Bewehrungsstäbe. Hierzu werden geeignete Matrixsysteme charakterisiert und in Abhängigkeit von der Temperatur und vom Vernetzungsgrad ermittelt, in welchem Zustand das Verbundmaterial schädigungsfrei umgeformt werden kann. Auf Basis der Erkenntnisse wird ein Pultrusionswerkzeug entwickelt und die vorhandene Laboranlage modifiziert. Anschließend erfolgen die Fertigung profilierter FKV-Stäbe sowie deren Charakterisierung hinsichtlich Verbundqualität und mechanischer Eigenschaften. Mit der neuartigen Helix-Pultrusion können eine gesteigerte Material- und Fertigungseffizienz bei gleichzeitig verbesserter Anbindung an den Beton erreicht werden. Die Prozesstechnik zeichnet sich durch geringe Investitionskosten und eine hohe Flexibilität hinsichtlich zu fertigender Strukturen und verarbeitbarer Materialien aus, so dass KMU maßgeschneiderte Lösungen bei verbesserter Wirtschaftlichkeit anbieten können.

Die mittels Helix-Pultrusion herstellbaren Profile sind neben dem Bauwesen auch in anderen Branchen einsetzbar, etwa den Bereichen Energietechnik, Maschinenbau und Transportwesen. Darüber hinaus können die erarbeiteten Kenntnisse auch auf die Herstellung weiterer Strukturen, wie Hohlprofile oder gekrümmte Stäbe, übertragen werden, woraus sich weitere Anwendungsszenarien ergeben. Neben FKV-Verarbeitern profitieren auch KMU in den Branchen Werkzeug- und Formenbau, Automatisierung und Sondermaschinenbau.

Abbildung:  Fertigungsprinzip Beispiele und resultierende Faserarchitektur für FKV-Bewehrungsstäbe

Vortrag zum MAI Carbon Projektforum 2019: hier herunterladen

Vortrag zum MAI Carbon Projektforum 2020: hier herunterladen

Haben Sie noch Fragen zu dem Projekt? Zögern Sie bitte nicht, uns zu schreiben: leichtbau-forschung@composites-united.com  

Projektleiter

• Dipl.-Ing. Christian Möbitz (RWTH)
• Prof. Dr.-Ing. Werner Wiesbeck (KIT)
• Prof. Dr.-Ing. Stefan Schlichter (ITA)

Projektvolumen

0,55 Mio. €

Laufzeit

01.01.2019 – 31.12.2020

Projektpartner

• RWTH Aachen - Institut für Textiltechnik
• Karlsruher Institut für Technologie (KIT) - Institut für Höchstfrequenztechnik und Elektronik
• Institut für Textiltechnik Augsburg gGmbH (ITA)

Projektbegleitender Ausschuss

• Borscheid + Wenig GmbH
• CFK Valley Stade Recycling GmbH & Co KG
• CTC GmbH
• Daimler AG Group Research & MBC Development
• GESA Engineering und Apparatesysteme GmbH
• Naval Projects UG GmbH
• Pill Nassvliestechnik GmbH
• PKTEC Pauli & Kayser GmbH
• Polyvlies, Franz Beyer GmbH & Co KG
• Rheinmetall Waffe & Munition GmbH
• Sandler AG
• SGL Technologies GmbH
• Tenowo Nonwovens GmbH
• IVGT - Industrieverband Veredlung - Garne - Gewebe - Technische Textilien e.V.
• Fraunhofer-Institut für Verfahrenstechnik und Verpackung IVV (e.V.)
• Wehrwissenschaftliches Institut für Schutztechnologien - ABC Schutz e.V.

Die globale Nachfrage nach Carbonfasern (CF) wird insbesondere durch die Trends Elektromobilität und Leichtbau angetrieben und steigt bis 2022 jährlich um rund 11 % bis auf 120.000 t/a. Rund 35 % der CF werden in Europa verarbeitet. Durch ca. 40 % Verschnittreste bei der Bauteilherstellung entsteht ein nicht genutztes Potential, das 2022 in Europa ca. 336 Mio €/a beträgt  (bei einem CF-Preis von 20 €/kg).

In EMSHIELD wird die elektr. Leitfähigkeit recycelter CF (rCF) für die Schirmung, Reflexion, und Absorption elektromagnetischer Wellen (EM) verwenden. Das Applikationsfeld „EM-Abschirmung“ wird für 2020 weltweit auf rund 5 Mrd. €/a geschätzt bei einem Wachstum von 6 %/a. Die rCF-Schirmungsmaterialien haben eine gute Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Nachhaltigkeit. Die Eignung von rCF zur EM-Schirmung wurde in Vorversuchen an der RWTH nachgewiesen. Die Ergebnisse des Forschungsvorhabens EMSHIELD sind ein Auslegungstool und ein physikalisches Modell, die durch KMU für die Auslegung von EM-Bauteilen nach Maß verwendet werden können.

Betriebe, insb. innovative KMU, entlang der kompletten Wertschöpfungskette profitieren vom Projekt EMSHIELD. In Deutschland gibt es 160 Vliesstoffproduzenten (davon 130 KMU) mit insgesamt 1.6 Mrd. € Umsatz in 2020. Die Produktion von EM-rCF-Vliesstoffen führt zu einer Umsatzsteigerung i. H. v. 5 % bzw. rund 80 Mio. €/a. Zusätzlich zu den Produzenten EM-funktionalisierter Bauteile profitieren auch die Verarbeiter von CF durch den Verkauf der CF-Verschnitt. Die Nutzung der CF-Verschnittreste und EoL-Fasern zu einem Preis von rund 6 €/kg entspricht in Europa einer Wertschöpfung i. H. v. 156 Mio. €/a in 2022 bzw. 295 Mio. €/a in 2030.

Weitere Applikationsfelder sind Materialien für die gezielte Reflexion von EM-Wellen, z. B. zur Sichtbarmachung von Kindern/Straßenarbeitern für Fahrassistenzsysteme, die diffuse Reflexion von EM-Wellen, z. B. zur Tarnung und die Absorption von EM-Wellen, z. B. zur Erwärmung oder in Krankenhäusern.

Abbildung: Schirmung von EM-Wellen nur mit geschlossener Kontaktierung

Vortrag zum Projektforum 2019: hier kostenlos herunterladen

Vortrag zum Projektforum 2020: hier kostenlos herunterladen

Abschlussbericht für CU-Mitglieder: hier kostenlos herunterladen

Abschlussbericht für Nicht-Mitglieder: hier kostenpflichtig herunterladen

Haben Sie noch Fragen zu dem Projekt? Zögern Sie bitte nicht, uns zu schreiben: leichtbau-forschung@composites-united.com 

Projektleiter

• Burkart Adamczyk (BAM)
• Thomas Horst (RWTH)
• Prof. Dr.-Ing. Peter Quicker (RWTH)

Projektvolumen

0,55 Mio. €

Laufzeit

01.01.2020 – 30.06.2022

Projektpartner

• RWTH Aachen - Lehr- und Forschungsgebiet Technologie der Energierohstoffe
• Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM)

Projektbegleitender Ausschuss

• Aurubis AG
• Carbon-Werke Weißgerber GmbH & Co. KG
• C-CON CPP
• Cotesa GmbH
• CTG Chemisch-Technische Gesellschaft mbH
• DK Recycling und Roheisen GmbH
• DRT Deutsche Rohstofftechnik GmbH
• ELG Carbon Fibre Ltd.
• FerroDuo GmbH
• Georgsmarienhütte GmbH
• Hufschmied Zerspanungssysteme GmbH
• Max Aicher Umwelt GmbH
• Neowa GmbH
• SGL Carbon GmbH
• Teijin Carbon Europe GmbH
• Thoenes Dichtungstechnik GmbH
• Bundesverband Sekundärrohstoffe und Entsorgung
• FEhS – Institut für Bautoff-Forschung e. V.
• Verband der Bayerischen Entsorgungsunternehmen
• Berufsgenossenschaft Holz und Metall

Der Einsatz carbonfaserverstärkter Kunststoffe (CFK) hat in den letzten Jahren stetig zugenommen, womit auch ein Anstieg carbonfaserhaltiger Abfälle einhergeht. Durch eine Behandlung von CFK-Abfällen mittels Pyrolyse können Carbonfasern (CF) freigelegt und recycelt werden. Aus verschiedenen Gründen ist der Einsatz von Rezyklatfasern jedoch aktuell auf wenige sortenreine Faserreste beschränkt. Darüber hinaus werden, z.B. durch die prozessbedingte Verkürzung von einzelnen Fasern, immer auch CF-haltige Reststoffe entstehen, die technisch sowie ökonomisch nicht rezyklierbar sind.

Für die Verwertung dieser Reststoffe kommen thermische Verfahren grundsätzlich in Frage. Aktuelle Untersuchungen zeigen jedoch, dass die Prozessbedingungen (Temperatur, Atmosphäre, Verweilzeit) in Siedlungs- und Sonderabfallverbrennungsanlagen für eine vollständige und sichere Umsetzung der Fasern nicht geeignet sind. Geeignete Bedingungen für einen vollständigen Umsatz von CF liegen hingegen in pyrometallurgischen Prozessen (z.B. der Stahlproduktion) vor.

Ziel des Projekts ist eine umfassende Technologiebewertung von pyrometallurgischen Verfahren hinsichtlich ihrer Eignung für die Verwertung CF-haltiger Reststoffe. Hierbei spielen für die praktische Umsetzung nicht nur die prinzipielle Umsetzbarkeit im thermischen Prozess, sondern hinsichtlich Ökologie und Arbeitssicherheit auch das Handling und die etwaige Emission von lungengängigen WHO-Fasern eine wesentliche Rolle. Durch Etablierung eines Verwertungspfads für CF-haltige Reststoffe in der Pyrometallurgie profitieren potentielle Stakeholder. CF-Hersteller und -Verarbeiter können auch nach einer möglichen Recyclingoption einen gesicherten Entsorgungsweg nachweisen. In der Pyrometallurgie können sich durch Substitution von Primärkohlenstoff durch Reststoffe relevante Einsparpotentiale ergeben. Da für den Einsatz der Abfälle in den Prozessen eine Vorkonditionierung notwendig sein wird, eröffnen sich neue Märkte für aufbereitende Unternehmen.

Abbildung:  Abfälle bei der Herstellung und Nutzung von CFK

Die Autoren des jährlichen Marktberichts des Carbon Composites e. V. schätzen eine Bedarfsmenge von etwa 52.500 t CFK im Jahr 2018 für Westeuropa ab. Aus der konservativen Annahme, dass etwa 10 Ma.-% dieser Masse wiederum als Abfall anfallen, ergibt sich eine jährliche Menge an Produktionsabfällen von rund 10.000 t. Zusätzlich ist davon auszugehen, dass sich dieser Anteil in den kommenden Jahren erhöhen und damit die Menge des End-of-Life-Abfalls zunehmen wird.

Der Aufwand für eine Faserrückgewinnung im Rahmen eines Recyclings ist von der Qualität des Abfalls abhängig. Aktuell stellt sich die Situation so dar, dass trockene separat anfallende Carbonfaser Abfälle direkt weiterverarbeitet werden können. Für bereits mit Kunststoff verarbeitete Abfälle gibt es aktuell zwei Pyrolyseanlagen in Europa mit einer Kapazität von etwa 2.000 t/a, die auf Grund fehlender Absatzmärkte nur zum Teil ausgelastet sind. Es besteht daher aktuell ein Bedarf an Behandlungskapazitäten.

Vortrag zum MAI Carbon Projektforum 2020: hier herunterladen

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Projektleiter

• Kerstin Angerer, Fraunhofer IGCV

Projektvolumen
0,46 Mio. €

Laufzeit
01.01.2021 - 31.12.2022

Projektpartner

• Institut für Textiltechnik Augsburg gGmbH (ITA)
• Fraunhofer-Gesellschaft e.V.: Fraunhofer-Einrichtung für Gießerei-, Composite und Verarbeitungstechnik IGCV

Projektbegleitender Ausschuss

• C. Cramer, Weberei, GmbH & Co. KG
• CFK Valley Stade Recycling GmbH & Co. KG
• CG TEC Carbon und Glasfasertechnik GmbH
• Cotesa GmbH
• DILO Machines GmbH, Eberbach
• Forward Engineering GmbH
• Pyrum Innovations AG
• RESO Oberflächentechnik GmbH
• Rexhi GmbH
• SGL Technologies GmbH

Das Projekt „ÖkoCaP“ befasst sich mit der multikriteriellen Bewertung von recycelten Carbonfasern in industriellen Prozessen. Ziel des Projektes ist es, bestehende Hemmnisse beim Einsatz von recycelten Carbonfasern zu überwinden und eine reale Schließung des Wertstoffkreislaufs zu erreichen.

Bisher ist trotz der in verschiedenen Projekten gezeigten Potentiale beim Einsatz von recycelten Carbonfasern vielen Anwendern das Risiko diesen Werkstoff einzusetzen zu hoch. Ein Grund sind Unsicherheiten hinsichtlich der erzielbaren Bauteilqualitäten, der möglichen Qualitätsschwankungen, der erreichbaren Kostenreduktion und der Senkung der Umweltauswirkungen im Vergleich zur konventionellen Bauweise. Die verschiedenen Ausgangsmaterialien (trockene Produktionsabfälle, pyrolysierte und solvolysierte Fasern), die Vielzahl an unterschiedlichen Weiterverarbeitungsmöglichkeiten und die sich zum Teil gegenläufig verhaltenen und komplexen Zielgrößen erschweren dabei eine eindeutige Aussage.

„ÖkoCaP“ liefert eine fundierte und transparente Bewertungsgrundlage, unter welchen Produktionsrandbedingungen der ökologische, ökonomische und funktionelle (mechanische) Nutzen von recycelten Carbonfasern gegeben ist. Der hierzu geplante Lösungsweg umfasst die Methodenentwicklung für die multikriterielle Bewertung inklusive Validierung, den Aufbau des Entscheidungsmodells, die Erhebung und Aufbereitung der benötigten Inputdaten sowie die Durchführung der multikriteriellen Analyse. Durch eine systematische Variation relevanter Material-, Prozess- und Produktionsparameter soll die Spannweite der Entscheidungsgrößen sowie die entsprechenden Wechselwirkungen aufgezeigt und die wichtigsten Stellhebel identifiziert werden. Die Ergebnisse werden in einer App, welche auf die Rechenmodelle zugreift, und einem zugehörigen Leitfaden aufbereitet. Damit können eigene Prozessketten nach individueller Gewichtung bewertet und fundierte Entscheidungen zum Einsatz recycelter Carbonfasern getroffen werden. 

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Projektleiter

• Georg Puchas (Universität Bayreuth)
• Patricia Leon-Perez (Hochschule Augsburg)

Projektvolumen
0,63 Mio. €

Laufzeit
01.10.2020 - 31.03.2023

Projektpartner

• Universität Bayreuth: Lehrstuhl Keramische Werkstoffe
• Hochschule Augsburg: Forschungsgruppe HSA_comp Composites im Maschinenbau

Projektbegleitender Ausschuss

• BJS Composites GmbH
• CVT GmbH & Co. KG
• Gühring KG
• HUFSCHMIED Zerspanungssysteme GmbH
• MTU Aero Engines AG

Forschungsthema:
MAI CeMCut – Untersuchung und Beurteilung der Bauteilqualität, sowie Analyse der auftretenden Schadensmechanismen, nach der Endbearbeitung von faserverstärkten Keramiken (C/SiC, SiC/SiC).

Forschungsziel:
In dem branchenübergreifenden Forschungsvorhaben wird die Korrelation von Material- und Prozessparametern bei der Bearbeitung von faserverstärkten Keramiken (CMC) untersucht, die dabei auftretenden Schadensmechanismen beschrieben, entstandene Imperfektionen klassifiziert und deren Auswirkung auf die Bauteilqualität bewertet.

Lösungsweg:
Bearbeitungsversuche mit variierenden Parametern werden an selbst hergestellten und kommerziellen CMC vorgenommen. Zur Bewertung wird ein Referenzkörper entwickelt, der es erlaubt, den Einfluss von Material- und Bearbeitungsparametern zu bewerten bzw. vergleichen. Zum Einsatz kommen unterschiedliche Werkzeugtypen (z.B. bestimmte/unbestimmte Diamantschneiden).

Angestrebte Ergebnisse:
Materialeigenschaften, Prozessparameter und Imperfektionen sollen korreliert werden, damit Hersteller, Bearbeiter und Endanwender darauf basierend zuverlässige Vorhersagen bezüglich der Bauteilqualität nach der Bearbeitung machen können.

Wirtschaftliche Bedeutung für KMU:
Herstellung, Bearbeitung und Einsatz von CMC für neue Anwendungen werden vorwiegend von KMU betrieben. Hohe Materialkosten verbunden mit der Unkenntnis, wie die Bauteilqualität nach der Bearbeitung zu bewerten ist bzw. wie CMC mit unterschiedlichen Materialparametern zu bearbeiten sind, führen zu einer innovationshemmenden Zurückhaltung bei deren Einsatz. Die erzielten Ergebnisse sind für KMU schnell umsetzbar, da Prozesse für Materialerstellung und Bearbeitung bereits in der Industrie vorhandenen sind.

Transfer:
Der Ergebnistransfer erfolgt über Weiterbildungsveranstaltungen, Diskussionsrunden mit Industriepartnern sowie Print- und elektronische Publikationen. Langfristig sollen diese in Form eines „Handbuchs der CMC-Bearbeitung“ zur Verfügung gestellt werden.

Link zur CeMCut Projektgruppe:  https:///Group/MAI.CeMCut/GroupOverview

Haben Sie noch Fragen zu dem Projekt? Zögern Sie bitte nicht, uns zu schreiben: leichtbau-forschung@composites-united.com