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MAI KSS

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  

 

 

 

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

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Pultix

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

 

 

 

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

MAI CF-Pyro

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.

 

 

 

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