Die AVK - Industrievereinigung Verstärkte Kunststoffe hat 2021 wieder die renommierten Innovationspreise an Unternehmen, Institute und deren Partner vergeben. Jeweils drei Composites-Innovationen aus den drei Kategorien „Produkte und Anwendungen“, „Prozesse und Verfahren“ sowie „Forschung und Wissenschaft“ wurden dabei während des neuen Events JEC Forum DACH am 23. November 2021 ausgezeichnet, das in seiner ersten Ausgabe in Frankfurt stattfand. „Auch in diesem Jahr waren wieder viele sehr interessante und vielversprechende Produkte und Verfahren dabei. Der Innovationspreis zeigt, wie leistungsfähig, wirtschaftlich und nachhaltig sich Faserverstärkte Kunststoffe und mit ihnen die Firmen und Institute präsentieren,“ erklärte AVK-Geschäftsfüher Dr. Elmar Witten.
Den 1. Platz in der Kategorie „Innovative Produkte und Anwendungen“ gab es für Verkehrsschilder (N-BMC) von Nabasco Products und Lorenz Kunststofftechnik mit den Partnern Pol Heteren und NPSP. Die Verkehrsschilder werden aus SMC (Sheet Moulding Compound) gefertigt und sind im Vergleich zu herkömmlichen Aluminiumschildern nachhaltiger, da es keinen Materialverlust gibt. Alle Rohstoffe werden innerhalb eines Umkreises von 500 Kilometern eingekauft. Die Nachhaltigkeit der Schilder wurde bereits mit dem Cradle-2-Cradle-Zertifikat in Bronze ausgezeichnet. Auf den 2. Platz kam Evonik Operations mit einem neuentwickeltem ultratoughen Vinylesterharz für den Großschiffbau. Das neue Harz ermöglicht den Bau von großen Schiffsrümpfen aus glasfaserverstärktem Kunststoff und ist schneller, effizienter und preiswerter als derzeitige Harze. Durch das verbesserte Ermüdungsverhalten der Harzmatrix wird auch die Lebensdauer des Rumpfes deutlich optimiert. Damit können sowohl beim Bau als auch beim Betrieb eines großen Schiffes die Vorteile von Composites hinsichtlich der Nachhaltigkeit noch besser ausgeschöpft werden.
Platz 3 errangen mit dem „Lufteinlassgehäuse in Multi-Material-Design für Gasturbinen“ MAN Energy Solutions, Leichtbau-Zentrum Sachsen und Leichtbau-Systemtechnologien Korropol. Kerngedanke der Entwicklung des Gehäuses ist die Funktionstrennung in einen lastführenden und einen fast ausschließlich aerodynamisch beanspruchten Teil. Die luftführenden Komponenten des Gehäuses, die im sonst üblichen Grau-Guss sehr schwer sind, wurden als klassische GFK (Glasfaserverstärkte Kunststoff)-Schalenkonstruktion ausgeführt. Das neuartige Lufteinlaufgehäuse im Multi-Material-Design ist bei einer um 60 Prozent reduzierten Masse nicht nur kostenneutral, es bietet auch die Möglichkeit zur kurzfristigen Anpassung des Gehäuses auf geänderte Strömungskonturen und hat darüber hinaus erhebliches Potenzial zur weiteren Kostenreduktion.
Platz 1 gab es für die BMW Group mit ihrem Partner Renolit mit dem Prozess „In-Mould Wrapping“, einer neuen Art der Bauteilbeschichtung für ein nachhaltiges FVK (Faserverbund-Kunststoff)-Exterieur. Dieser Prozess ermöglicht, die Aufwände für Oberflächenbeschichtung zu reduzieren, indem das Bauteil während des Pressens mit einer Folierung versehen wird. Die sonst übliche Lackvorbereitung und Lackierung verursacht einen Großteil der CO2-Emissionen während der Produktion von Bauteilen. Geeignet ist dieser Prozess für verschiedene duromere Pressprozesse. Es werden Folien verwendet, die sich ohne zusätzliche Heizschritte vakuumgestützt umformen lassen. Durch den neuen Prozess können im Vergleich zur konventionellen Lackierung bis zu 93 Prozent CO2-Emission eingespart werden.
Platz 2 errangen Lufthansa Technik mit ihrem Partner Isam für die adaptive automatisierte Reparatur von Composite-Strukturkomponenten in der Luftfahrt. Das roboterbasierte System zur adaptiven automatisierten Reparatur ermöglicht durch eine Software zur Bahnplanung die Umsetzung von Reparaturen auf unterschiedlichen Composite-Strukturkomponenten. Die Reparaturbereiche können mehrere Quadratmeter auf mehrfach gekrümmten Bauteilen umfassen, bei denen Genauigkeiten bis zu ±0,06 Millimeter möglich sind. Durch das System werden Prozesszeiten um 50-85 Prozent und der Materialverbrauch um bis zu 50 Prozent reduziert. Arbeiter werden bei wiederholenden und unergonomischen Tätigkeiten entlastet. Außerdem können mit diesem System Reparaturen ermöglicht werden, die vorher wirtschaftlich oder technisch nicht möglich waren.
Auf Platz 3 kam CTC mit der automatisierten Oberflächenvorbehandlung mittels VUV-Excimer Lampen. Die Oberflächenvorbehandlung als Vorbereitung für die Lackierung von CFK (Kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff)-Komponenten ist ein mehrstufiger Prozess. Er ist meist unergonomisch, nicht energie-effizient und zeitaufwändig. Durch die Bestrahlung mit einer VUV-Excimer Lampe mit kalter UVC-Strahlung kann dieser zeitaufwändige, unergonomische und energie-ineffiziente Prozess automatisiert werden. Die Lampe vereint dabei beide Funktionen, nämlich die Reinigung und die Oberflächenaktivierung. Dabei kann das mobile Robotersystem autonom zum Bauplatz navigieren und dort die Oberflächenbehandlung vornehmen.
Den 1. Platz in der Kategorie „Forschung und Wissenschaft“ erhielt das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) mit der Bondline Control Technologie (BCT). Das innovative Verfahren dient der Qualitätskontrolle und -sicherung von Klebverbindungen. Kernelement ist ein poröses Gewebe, das mittels Epoxidklebstoff oder Matrixharz auf eine Fügefläche appliziert wird. Das Abschälen des Gewebes erzeugt eine chemisch reaktive und hinterschnittige Oberfläche und kann gleichzeitig als Adhäsionstest zum Untergrund dienen Die BCT bietet verschiedene Anwendungsmöglichkeiten. Zum Beispiel können Abreißgewebe durch das BCT-Gewebe ersetzt werden, um Verbundbauteile mit optimierter Fügefläche herzustellen. Der kostengünstige Schältest kann in der Couponprüfung und zur Prozesskontrolle genutzt werden. Außerdem kann die kombinierte Haftprüfung und Oberflächenvorbehandlung zur Qualitätssicherung geklebter Reparaturen an Faserverbundstrukturen eingesetzt werden.
Den 2. Platz erhielt das Institut für Textiltechnik (ITA) der RWTH Aachen University und seinen Partnern Aerovide, Altropol Kunststoff, Basamentwerke Böcke, Techno-Carbon Technologies mit „StoneBlade - Leichtbau mit Granit für die Windindustrie“. Die Innovation ermöglicht die Reduzierung von nicht-recyclefähigem Material im Rotorblattbau. Gleichzeitig wird das Gewicht reduziert und die mechanischen Eigenschaften zur Standsicherheit von Windkraftanlagen erhöht. Hierzu wird glasfaserverstärkter Kunststoff in den Blattkomponenten durch Hartgestein als naturbasiertes, kostengünstiges und verwertbares Leichtbaumaterial ersetzt. Die auf wenige Millimeter Dicke geschliffenen Gesteinsplatten werden in ein Faserverbund-Laminat mit Carbonfasern eingebracht und so für wechselnde Lastfälle stabilisiert. Das vorgespannte Material ist im Verbund druckstabil und kann ohne einen Verlust von Steifigkeit Zugkräfte im Dauerwechsellastfall aufnehmen.
Platz 3 ging an die Technische Universität Dresden - Institut für Leichtbau und Kunststofftechnik (ILK) mit dem Partner Mercedes Benz mit der interdisziplinären Entwicklung eines hochintegrierten induktiven Lademoduls für Elektrofahrzeuge. Das ultra-dünne Lademodul sollte dabei den Raum im Fahrzeugunterboden optimal ausnutzen ohne die Bodenfreiheit zu verringern. Dafür wurde ein interdisziplinärer Entwicklungsprozess angewendet und eine übergreifende elektrische, mechanische und prozesstechnische Charakterisierung von Hochfrequenzlitzen, ferromagnetischer Folie und Metalldrahtgeweben durchgeführt und ein Simulationsmodelll erstellt. Das Ergebnis ist ein Demonstrator für ein Ladesystem mit einer Aufbauhöhe von 15 Millimetern und einem Gesamtgewicht von 8 Kilogramm. Es erreicht eine Übertragungseffizienz von bis zu 92 Prozent bei 7,2 kW Nennleistung und aktiver Luftkühlung. Der Hardware-Demonstrator wurde in einem 3-stufigen Prozess unter Nutzung des RTM- und Vari-Verfahrens hergestellt. Die Ausschreibung für den nächsten Innovationspreis startet Ende Januar 2022.
