Leicht und kostengünstig – Mission Impossible?
Die gleichzeitige Reduzierung von Bauteilgewicht und Produktionskosten ist dank der Experten von RAMPF Composite Solutions und RAMPF USA ab sofort kein Wunschdenken mehr. Mit Tailored-Fiber-Placement (TFP) und leistungsstarken Flüssigharzen reizen die beiden Unternehmen die Möglichkeiten des Leichtbaudesigns für Hersteller in der Luft- und Raumfahrt-, Sicherheits-, Transport-, Medizintechnik- und Green-Technology-Industrie voll aus.
Es ist allgemein bekannt, dass Prepreg- und Metallfertigungsverfahren mit Einschränkungen der Konstruktionsfreiheit hinsichtlich der Formgebung verbunden sind, zum Beispiel was Krümmungen oder feine Details anbetrifft. Daher überrascht es, dass viele Ingenieure bei der Herstellung komplexer Geometrien und Strukturbauteile noch immer auf diese Verfahren setzen.
Es gibt natürlich eine Lösung für dieses Problem: Kohle- und Glasfaserverbundwerkstoffe. Allerdings lauert auch hier ein Haken, denn strukturrelevante Bauteile für die Luft- und Raumfahrt werden fast ausschließlich mit Prepreg-Materialsystemen oder schwierig zu verarbeitenden Resin-Transfer-Molding-(RTM-)Systemen hergestellt. Beide Verfahren sind etabliert, haben aber ihre Tücken und Nachteile, unter anderem:
- Komplexere Konstruktionen sind nur mittels anschließender Montage und Verklebung möglich.
- Es sind kostenaufwendige Formwerkzeuge und Infrastrukturen erforderlich, zum Beispiel Tiefkühllagerung und -transport der Materialien, Härtung im Autoklaven, beheizte Tooling- und Injektionsinfrastruktur (bei RTM), begrenzte Lagerfähigkeit usw.
Erschließung des vollen Potenzials der Composite-Fertigung
„Das sind die Hauptgründe, warum viele Hersteller Composite-Strukturen und -Lösungen zögerlich gegenüberstehen, insbesondere in den frühen Phasen der Produktentwicklung oder bei der Fertigung kleinerer Serien, wie zum Beispiel bei Flugzeugen für Spezialeinsätze wie Aufklärung, Brandbekämpfung oder Betankung, oder auch bei Hubschraubern und auf dem Gebiet der urbanen Luftmobilität“, erläutert Max Schultes, Chief Technology Officer bei RAMPF Composite Solutions. „Das Risiko ist zu hoch, dass die erforderlichen Investitionen in die Tooling-Infrastruktur letztlich höher ausfallen oder gar erneut getätigt werden müssen, sollte sich im Entwicklungszyklus Änderungsbedarf ergeben.“
Durch die Kombination der modernsten TFP-Technologie von RAMPF Composite Solutions mit den leistungsstarken Flüssigharzsystemen von RAMPF USA wird gewährleistet, dass die Composite-Fertigung stärker automatisiert und kostengünstiger wird – und das auch bei komplexen Geometrien und Strukturen:
- RAMPF Composite Solutions verwendet eine achtköpfige TFP-Anlage, die das Fasermaterial mit hoher Geschwindigkeit und maximaler Präzision ablegt und verstickt. Die strukturelle Leistung des Verbundbauteils wird dadurch maximiert, während zugleich größtmögliche Gewichtseinsparungen, ein geringerer Kohlefaserverbrauch und niedrigere Kosten erzielt werden.
- RAMPF USA hat für das TFP-Verfahren spezielle Flüssigharzsysteme entwickelt, die zur Niedertemperatur-Verarbeitung geeignet sind, zum Beispiel für eine Harzinfusion bei 40 °C. Die Systeme weisen zudem hervorragende Benetzungseigenschaften auf, sodass eine effektive und schnelle Durchdringung der TFP-Vorformlinge garantiert ist. Hinzu kommt die Automatisierung der für die Leistung entscheidenden Prozessschritte wie die Mischung, Entgasung und Dosierung der Harze. Nicht zuletzt ermöglichen die qualifizierten Materialeigenschaften einen einfachen Prozesstransfer auf neue Produkte, Anwendungen und Fertigungsstandorte.
Gewicht runter, Kosten runter
In einem besonders eindrucksvollen TFP-Projekt hat RAMPF Composite Solutions ein in Verkehrsflugzeugen eingesetztes Edelstahlteil durch eine Leichtbaulösung ersetzt, die fast ausschließlich aus Kohlefaser besteht. Somit wurde das Gewicht auf rund ein Fünftel des Originalteils reduziert – und das ohne eine Erhöhung der Kosten.
Vielmehr hat der Hersteller durch die signifikante Gewichtsreduzierung der Teile weitere Einsparungen bei den Betriebskosten erzielt. Darüber hinaus wurden nur fünf Preform-Lay-up-Tools eingesetzt; bei herkömmlichen Composite-Design-Ansätzen wären es 75 gewesen.
Max Schultes:
Die Vorteile unseres ganzheitlichen Ansatzes kommen bei Bauteilen mit hoher struktureller, geometrischer und funktioneller Komplexität maximal zum Tragen. Die Herstellung hochkomplexer Composite-Teile wird auf diese Weise zu einer kostengünstigen Lösung, die auf Anhieb gelingt.
TFP@RAMPF Composite Solutions