Das Projekt R.A.C.E. – Serienfertigung von komplexen, strukturellen Hohlbauteilen

Die KTM 1290 Superduke R beeindruckt mit ihrem kraftvollen 1.300 ccm, 170-PS-V-Motor und ihrer unglaublichen Beschleunigung. Das Motorrad ist eine Hochleistungsmaschine und deshalb der ideale Einsatzort für extrem leichte Hochleistungsbauteile.
 

braiding_machineCarbonbauteile sind bereits aus dem Motorsport bekannt. Im Rahmen des Projekts R.A.C.E. (Reaction Application for Composite Evolution) hat Hennecke zusammen mit seinen Partnern nun einen entscheidenden Entwicklungsschritt zur Industrialisierung der neuen CAVUS-Technologie von KTM Technologies geleistet, der es zukünftig erlaubt, sogar komplexe Faserverbund-Hohlbauteile im automatisierten Hochdruck-RTM-Prozess zu fertigen. Diese können in vielen weiteren integral gefertigten Faserverbund-Hohlbauteilen, wie beispielsweise Dachkonstruktionen, strukturführenden Konstruktionen oder sogar Monocoque-Geometrien, umgesetzt werden. Für die Superduke R wird im Rahmen des Projekt R.A.C.E. der Kennzeichenträger mittels der CAVUS-Technologie substituiert. Das serienmäßige Strukturbauteil besteht aus einer hohlen und verkleideten Stahlstruktur. Einerseits, um Gewicht einzusparen und andererseits, um im Inneren die Kabel für Blinker und Kennzeichenbeleuchtung unterzubringen. Gleichzeitig muss das Bauteil sehr steif sein, da sich im Betrieb enorme Belastungen ergeben. In herkömmlicher Bauweise wiegt der Kennzeichenträger mehr als 765 Gramm. Im Rahmen des Projekt R.A.C.E. fertigt Hennecke zusammen mit seinen Partnern das Bauteil bei gesteigerter Performance mit einem Gesamtgewicht von lediglich 265 Gramm. Das ist eine Gewichtsersparnis von über 60 Prozent!

sandcoreDie Herausforderung für den neuen Kennzeichenträger liegt im Zusammenspiel der richtigen Auslegung gepaart mit einem produktionsgerechten Design des Bauteils und der Kombination von effizienten Verfahren auf Basis der innovativen CAVUS-Technologie von KTM Technologies. CAVUS bezeichnet die automatisierte Prozesskette für die Herstellung von strukturellen, komplexen Hohlbauteilen: von der Kernfertigung und Herstellung der Preforms mit Carbonfasern, beispielsweise in Flechttechnologie, über den HP-RTM-Prozess bis zum Auslösen des Kernmaterials. Hierdurch lassen sich ganz neue Gestaltungsmöglichkeiten in Design und Funktion realisieren.

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Der Prozess startet mit dem Sandkern. Genau wie beim Bau einer Sandburg benötigt man einen Binder, um dem Sand eine feste, druckstabile Form zu geben. Das Unternehmen H2K Minerals ist in der Lage, komplexe Geometrien druckstabil mittels Sand herzustellen. Hierbei können die hergestellten Sandkerne einem enormen Injektionsdruck von bis zu 500 bar standhalten. Der verwendete Binder ist wasserlöslich, sodass der Kern am Prozessende ganz einfach mit herkömmlichem Wasser umweltfreundlich ohne jegliche Art von Lösemitteln herausgespült werden kann.

Der zweite Teil ist der passgenaue Carbon-Preform. Bei dessen Herstellung im Institut für Flugzeubau in Stuttgart kommt ein spezieller Flechtprozess zum Einsatz, bei dem die Carbonfasern um den Sandkern geflochten werden. Hierbei sind die Lage, der Winkel und die Ausrichtung jeder einzelnen Faser enorm wichtig, um nachher Kräfte, welche auf das Bauteil wirken, richtig aufzunehmen.

Zur Herstellung von lang- und endlosfaserverstärkten flächigen Bauteilen kommt bisher das Harzinjektionsverfahren Resin Transfer Moulding (RTM) zur Anwendung. Dabei werden ungetränkte Verstärkungsfasern in Form eines vorkonfektionierten und konturnahen Preforms in ein Werkzeug eingelegt. Die Fasern können dabei verwoben oder gerichtet sein. Nach dem Schließen des Werkzeugs wird es mit einem reaktiven Harzsystem geflutet. Nach dem Aushärten des Bauteils lässt sich dieses aus dem Werkzeug entnehmen. Dieses Verfahren hat Hennecke durch die Entwicklung der HP-RTM-Technologie hinsichtlich der Zykluszeit bereits deutlich optimieren können. Beim Projekt R.A.C.E. kommt als Matrixmaterial Vitrox der Firma Huntsman, ein RTM-Polyurethan-Material mit dem sogenannten Snapcure-Effekt, zum Einsatz. Snapcure ermöglicht eine schnelle und schlagartige Aushärtung des selbsttrennenden Systems, dessen einstellbare Aushärtezeit der Schlüssel für die Serienfertigung mit kurzer Taktzeit ist.

Der HP-RTM-Prozess startet mit dem automatisierten Einlegen des vorgefertigten Preforms durch einen Roboter. Anschließend schließt die Presse das Werkzeug und der Injektionsprozess startet. Der gesamte Aushärteprozess dauert nur 125 Sekunden. Mit der elast 400 der Firma Engel steht dem Prozess dabei eine äußerst kompakte Presse zur Verfügung, die sich durch höchste Präzision, Energieeffizienz und Zuverlässigkeit auszeichnet. In Kombination mit den Automatisierungsmöglichkeiten aus dem Hause Engel bildet sie die ideale Basis für eine effektive Serienfertigung im Bereich der HP-RTM-Verarbeitung.

Auch an das Werkzeug der italienischen Formenbau-Spezialisten von Persico werden hohe Ansprüche gestellt. Eine gegenüber den Carbonfasern robuste, aber auch gleichzeitig hochpolierte Oberfläche ist essenziell, um hochqualitative Bauteile und Oberflächen zu realisieren. Hierbei müssen die Entformbarkeit und die Injektionspunkte richtig gewählt werden. Eine Weltneuheit ist die Dichtung in diesem Werkzeug. Diese muss einem Forminnendruck von rund 100 bar dauerhaft standhalten. Hier kommt ein neues Dichtungsmaterial von Murtfeld zum Einsatz: Murlock. Die High-Tech-Dichtung hält dauerhaft Form­innendrücken von rund 100 bar stand und ist dabei resistent gegenüber Beschädigungen von Restmaterialien oder Carbonfasern.
Zu guter Letzt spielt auch die Dosiermaschine eine wichtige Rolle. Die Hennecke Streamline ermöglicht die präzise und sekundenschnelle Injektion des Rohstoffsystems. Dabei bietet das überlegene System ein breites Spektrum an Besonderheiten, welche den HP-RTM-Prozess maßgeblich beeinflussen und eine wesentliche Rolle bei der Umsetzung von perfekten Bauteilen spielen. Hierzu zählen beispielsweise die Sensorik im Mischkopfauslauf, eine hydraulisch gesteuerte Nachdrückfunktion sowie die Formfüllüberwachung zum Ausgleich von Preform-Gewichtsschwankungen.

Das Projekt R.A.C.E. stellt beeindruckend unter Beweis, wie durch gemeinsame Anstrengungen hoch spezialisierter Projektpartner ein entscheidender Entwicklungsschritt im Bereich der Serienfertigung von Faserverbund-Hohlbauteilen auf Basis der CAVUS-Technologie getätigt werden kann.

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