Leicht, stabil und korrosionsbeständig – faserverstärkte Kunststoffe sind ein idealer Werkstoff für Flugzeuge, Automobile, Windkraftanlagen und Co. Allerdings haben Faserverbundwerkstoffe einen Nachteil: Die Verarbeitung ist aufwändig und kompliziert – ein großer Teil der Arbeit wird immer noch von Hand erledigt. Deshalb arbeiten Forscher mit Hochdruck daran, die Fertigung zu automatisieren.

Tape-Legen: Laser schweißt die kohlefaserverstärkten Kunstoffbänder zusammen © Fraunhofer IPT

Zutaten von der Rolle
Ein Beispiel: Ingenieure am Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT haben ein neues Verfahren entwickelt, mit dem sich faserverstärkte Kunststoffe vollautomatisch herstellen lassen. Die Zutaten für das „Tape-Legen“ kommen von der Rolle: Die Kohlenstofffasern sind in kilometerlange Kunststoffbänder aus aufschmelzbarem Thermoplast integriert. Die Tapes werden in mehreren Bandlagen aufeinander gestapelt, kurz vor dem Ablegen mit dem Laser angeschmolzen und dann zu einer kompakten Struktur zusammengepresst. So lassen sich stabile Komponenten fertigen.

Neue Klebeverfahren mit Laser
Um Bauteile aus Faserverbundwerkstoffen miteinander hoch belastbar und auf die jeweilige Anwendung hin bestmöglich zu verbinden, werden optimierte und gleichzeitig wirtschaftliche Klebeverfahren gebraucht. Bislang müssen die FVK-Materialien meist mit Filmklebstoffen oder heiß härtenden Klebstoffen gefügt werden. Im Autoklaven härten die Verbindungen dann unter Druck und Hitze aus. Das Problem: Die Größe der Autoklaven ist begrenzt – ganze Flugzeugflügel passen dort nicht hinein.
Klebstoffe, die schon bei niedrigeren Temperaturen aushärten, haben daher Klebtechnologie-Experten des Fraunhofer-Instituts für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM entwickelt. Sie machen Autoklaven überflüssig und eignen sich daher vor allem für große Bauteile.

Faserverbund-Bauteile lassen sich aber auch mittels Laser zusammenkleben: Ein Laser, der infrarotes Licht aussendet, schmilzt die Oberfläche der Kunststoffteile auf. Dann presst man die Bauteile zusammen und es entsteht eine äußerst stabile Verbindung. Diese neue, für glas- oder kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe geeignete Technologie haben Forscher des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnologie ILT unter anderem bereits auf der internationalen Fachmesse der Verbundwerkstoffindustrie JEC in Paris präsentiert.

Besonders hohe Anforderungen an die Klebtechnik stellen Transportmittel, vor allem Flugzeuge. In Stade, vor den Toren Hamburgs und Bremens, entsteht deshalb zurzeit das neue Forschungszentrum CFK Nord innerhalb des Kompetenznetzes CFK-Valley Stade. Gemeinsam mit der Industrie entwickeln hier Fraunhofer-Forscher unter anderem Montageverfahren für CFK-Bauteile im Maßstab 1:1 – beispielsweise Rumpfsegmente von Großraumflugzeugen. Im Zentrum der Arbeiten stehen hier vor allem schnelle und werkstoffgerechte Füge- sowie Zerspanprozesse.