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„Das Leichte hat es schwer“

Leichtbau

Zwei Composites-Experten sprechen über hohe Kosten, den Weg in die Großserie und wie China im Leichtbau davonläuft. Wo steht der automobile Leichtbau derzeit und was sind die Herausforderungen? Wie findet man aus einer Vielzahl von Möglichkeiten das geeignete Material und Verfahren für das eigene Projekt? Das K-MAGAZIN sprach mit Stefan Fenske und Sebastian Schmidhuber, Experten für Composites bei Krauss Maffei.

Läuft uns China beim Leichtbau technologisch davon? Die Composites-Experten Sebastian Schmidhuber (l.) und Stefan Fenske von Krauss Maffei wägen die Vor- und Nachteile verschiedener Verfahren ab, zeigen neue Wege in die Großserie und sehen China als derzeitigen Treiber im automobilen Leichtbau. Foto: Krauss Maffei
Die Composites-Experten Sebastian Schmidhuber (l.) und Stefan Fenske von Krauss Maffei.
Foto: Krauss Maffei

Was sind die derzeit größten Herausforderungen im faserverstärkten Leichtbau?
Stefan Fenske: Ganz eindeutig die Materialpreise. Dies betrifft sowohl Organobleche, die bei unserer Fiberform-Technologie aufgeheizt, im Werkzeug umgeformt und dann mit faserverstärktem Polymer hinterspritzt werden, als auch Carbonfasern für reaktionstechnische Verfahren wie das Resin Transfer Moulding (RTM). Die Anlagentechnik ist absolut ausgereift und im thermoplastischen Bereich bereit für die Großserie, aber die Materialkosten haben nach wie vor einen signifikanten Einfluss auf die Teilekosten.

Ist preiswerter Leichtbau mit Composites in der Automobilproduktion dann überhaupt möglich? Woran scheitert es bislang? Sind Lösungen in Sicht?
Stefan Fenske: Wir haben aktuell ein Fiberform-Projekt mit drei Millionen Türmodulträgern für ein Fahrzeug der Kompaktklasse. Stückzahlen wie diese sind nötig, damit die Materialpreise fallen können, das bedingt sich gegenseitig. Die Entwicklung in Richtung mehr Leichtbau kann aber nur von den OEMs und insbesondere deren Zulieferern vorangetrieben werden. Hier gab es zwar schöne Vorzeigeprojekte, aber noch kein nachhaltiges Umdenken.

Welche Themen werden derzeit besonders stark diskutiert?
Sebastian Schmidhuber: Absolut interessant ist, was in China geschieht, wo das Thema Leichtbau mit viel höherer Schlagzahl vorangetrieben wird. Ab 2019 müssen dort alle Autobauer eine Zehn-Prozent-Quote an Fahrzeugen mit alternativem Antrieb erfüllen, wenn sie Strafzahlungen vermeiden wollen. Ab 2020 sogar zwölf Prozent. Chinesische Pkw-Hersteller setzen konsequent auf Gewichtsreduktion, um die Reichweiten zu erhöhen. Dafür haben wir zum Beispiel kürzlich Anlagen für das duroplastische Nasspressen (Wet Moulding) von Carbonfasergelegen nach China verkauft. In Europa scheint man aktuell aber eher größere Akkus zu favorisieren und ein höheres Gesamtgewicht in Kauf zu nehmen. Da läuft uns China in technischer Hinsicht davon.

Reaktionstechnik mit Duroplasten oder Spritzgießen mit Thermoplasten – mal ganz grundsätzlich: Wann nimmt man welches Verfahren, und welches wird sich künftig durchsetzen?
Sebastian Schmidhuber: Wir fertigen alle wesentlichen Komponenten für beide Arten der Kunststoffverarbeitung im eigenen Haus: Dosiermaschinen, Pressen, Fräszentren für die Reaktionstechnik und klassische Spritzgießmaschinen mit anspruchsvollen Automationslösungen. Deshalb haben wir einen guten und vor allem unparteiischen Überblick über die jeweiligen Technologien. Natürlich muss jedes Projekt gründlich durchkonzipiert werden, aber ganz allgemein kann man sagen: Je höher die mechanischen Anforderungen und je komplexer die Geometrie, desto wahrscheinlicher sind reaktionstechnische Verfahren mit Duroplasten. Wenn sehr große Stückzahlen und Kosteneffizienz im Vordergrund stehen, spielt das hochautomatisierte Spritzgießen seine Stärken aus. Auch die Frage nach der geforderten Oberflächenbeschaffenheit spielt eine Rolle.

Gibt es einen Leitfaden, an dem sich Leichtbauentwickler bei der Auswahl des besten Verfahrens für ihre Anwendung orientieren können?
Stefan Fenske: Für einen universellen Leitfaden ist die Materie zu komplex, aber was sich derzeit aufbaut, ist ein Zulieferermarkt von Unternehmen, . die bereits Know-how in der Auslegung von Faser­-
verbundbauteilen haben. Mit Simulationssoftware können viele Bauteile heute schon sehr gut dargestellt und bewertet werden. Wer erstmals in dem Bereich aktiv wird, ist hier gut aufgehoben. Da stellen wir natürlich auch gerne Kontakte her.

Welche Verfahren werden bei Krauss Maffei derzeit besonders stark nachgefragt?
Sebastian Schmidhuber: Mit unserem neuen Pultrusions- oder Strangziehverfahren stoßen wir auf sehr große Resonanz am Markt, wobei dies vor allem die Bau- und Windkraftindustrie betrifft. Auf unserem diesjährigen Competence Forum in München (6./7. Juni) werden wir die Pultrusion wieder präsentieren, ebenso ein weiteres Leichtbauverfahren, das aktuell in Vorbereitung ist.

Was halten Sie von neueren Entwicklungen, die die Vorteile von Duro- und Thermoplasten zu verbinden versuchen?
Stefan Fenske: Hier ist bereits sehr viel möglich: Teile, die im RTM mit einer thermoplastischen Matrix (T-RTM) hergestellt wurden, können in der Spritzgießmaschine weiter funktionalisiert werden und sind zudem recyclingfähig. Oder man kann Fiberform-Teile mit Polyurethan (PUR) überfluten, um die Oberflächenqualität zu verbessern. Da unser Compositeteam aus Experten für Reaktionstechnik und Spritzgießen besteht, denken wir immer spartenübergreifend und finden die beste Lösung.

Fiberform-Verfahren von Krauss Maffei für die Groß­serienfertigung: Aktuell ein Projekt mit 3 Mio. Türmodulträgern für ein Fahrzeug der Kompaktklasse Foto: Krauss Maffei
Fiberform-Verfahren von Krauss Maffei für die Groß­serienfertigung: Aktuell ein Projekt mit 3 Mio. Türmodulträgern für ein Fahrzeug der Kompaktklasse
Foto: Krauss Maffei

Bei welchen Verfahren und Werkstoffen werden sich die augenblicklichen Grenzen weiter nach oben verschieben? Und welche sind mehr oder weniger ausgereizt?
Sebastian Schmidhuber: Bei den RTM-Verfahren wird sich die Reaktivität der Matrixsysteme sicher weiter beschleunigen. Hier liegen wir aktuell bei etwa 90 bis 150 Sekunden Aushärtungszeit, das war vor einigen Jahren noch deutlich mehr. Beim High-Pressure-RTM (HP-RTM) sehen wir die Entwicklung aber eigentlich als weitestgehend ausgereizt an. Durch den sehr komplexen Ablauf und den vorgelagerten Preforming-Schritt schränkt sich sein Anwendungsbereich teilweise ein und es wird durch weniger aufwendige und damit wirtschaftlichere Verfahren wie das Nasspressen ersetzt. Hier ist im Prinzip kein dreidimensionales Preforming erforderlich.

Wie sehen Sie die Zukunft des Leichtbaus insgesamt?
Stefan Fenske: Compositetechnologien haben ein riesiges Potenzial und bestechen durch die Kombination aus hoher Bauteilsteifigkeit und geringem Gewicht. Das ist sowohl für die Mobilität als auch für Bautätigkeiten sehr attraktiv. In beiden Fällen sind wir mit unseren Lösungen entlang der gesamten Prozesskette hervorragend aufgestellt.

Matthias Gutbrod

Aufmacherbild: Krauss Maffei