Projekt 28575/01

Entwicklung funktionalisierter Bauteilstrukturen auf Basis einer lösemittelfreien PU-Mehrkomponenten-Sprühtechnologie

Projektträger

Lätzsch GmbHKunststoffverarbeitungIGZ Goldener Born
Rathenaustr. 1
04567 Kitzscher
Telefon: 03433/2454-0

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Im Projekt soll mit den gewonnenen Erkenntnissen der vorangegangen Projektphasen I und II (AZ 24730) begonnen werden, die eigens angeschaffte Anlagentechnik zu modifizieren, den industriellen Einsatz vorzubereiten und auszubauen. Auf Basis des erarbeiteten Arbeitsstandes soll die CSM-Technologie, die ohne den Einsatz toxischer Lösungsmittel, wie Styrol auskommt, hin zu einem serientauglichem Verarbeitungsverfahren zur Herstellung großflächiger faserverstärkter Strukturbauteile entwickelt werden. Das sehr aufwendige, stark manuell geprägte Handlaminierverfahren soll mit dieser Technologie automatisiert und in vielen Bereichen abgelöst werden.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenAusgehend von der Zielstellung des Projektes sollen folgende Arbeitsschwerpunkte realisiert werden:
1. Sprühversuche zur Funktionalisierung der Bauteilstruktur
2. Untersuchungen zu Applikatorschichten insbesondere Lösemittelfreier IMC-Systeme
3. Untersuchungen zu Trennmitteln und deren Substitution durch innovative Applikatorschichten mit selbsttrennenden Eigenschaften
4. Untersuchungen zu Krafteinleitungskonzepten
5. Entwicklung von Lösungskonzepten zur Gestaltung von CSM-Werkzeugen (konstruktiv und werk-stofftechnisch)
6. Weiterentwicklung des beweglichen und mit dem Sprühroboter synchronisierten Formenträgers
7. Erweiterung der bestehenden Mischkopftechnik für einen Mehrkomponentenauftrag
8. Durchführung von Sprühversuchen zur Herstellung weiterer Demonstratoren und Vorstellung dieser bei Kunden
9. Aufbau eines automatisierten Anlagenkonzeptes mit Rundtischanlage u. flexiblen Formenträger
10. Aufbau und Umsetzung des kompletten Anlagenkonzeptes


Ergebnisse und Diskussion

Durch die im Projekt erzielten Optimierungen und Anpassungen des Werkstoffsystems und der Anlagentechnik hinsichtlich geforderter Bauteileigenschaften, die Analyse des erzielbaren Kennwertprofils, die Konzipierung einer serientauglichen Fertigungsstrategie über das Composite Spray Moulding-Verfahren einschließlich konkreter Verfahrens- und Steuerungsparameter konnte die Fertigung eines Demonstratorbauteils seriennah umgesetzt werden. Die im Rahmen des Forschungsprojektes hergestellten Bauteile weisen in jeder angestrebten Hinsicht wesentlich bessere Eigenschaften auf als alle bisher gefertigten Bauteile.

Der PUR Demonstrator wurde mit einem zwei-Komponenten inmouldcoating System verarbeitet. Dieses Verfahren führt zu einem sehr guten Oberflächenbild. Der Lack zeigt keine Oberflächenfehler, das Erscheinungsbild ist homogen, Glanzgrad und Farbwert entsprechen den Herstellervorgaben. Im direkten Vergleich zum Referenzbauteil aus GFK wird der Qualitätsunterschied besonders deutlich. Das verwendete Gelcoat-System des Referenzbauteils zeigt eine unruhige Oberflächenbeschaffenheit mit Oberflächenfehlern. Glanzgrad und Farbtreue sind ungleich schlechter.

Nicht nur der Sichtbereich der gefertigten Bauteile wurde qualitativ verbessert auch die Innenseite des Demonstrators weißt einen deutlichen Qualitätssprung gegenüber der GFK Lösung auf (vgl. Abb. 32). Die Oberfläche des PUR Bauteils ist glatt und seine Anmutung ist wertig. Krafteinleitungselemente sind sauber verklebt. Die Oberfläche des GFK Bauteils zeigt eine raue, inhomogene Oberfläche. Krafteinleitungselemente sind verfahrensbedingt einlaminiert und wirken weniger wertig hinsichtlich ihrer Verarbeitungsqualität.

Ein weiterer deutlicher Vorteil der gesprühten Motorhauben liegt im Bauteilgewicht. Das Referenzbauteil wiegt als Komplettsystem mit Anbauteilen 14,4 kg die neue CSM gefertigte PUR-Motorhaube lediglich 11,3 kg. Das entspricht einer Gewichtsreduktion um ca. 21 %. Insgesamt resultiert für das Unternehmen die Sicherung eines Wettbewerbsvorteils gegenüber Mitkonkurrenten, durch die Möglichkeit, ein innovatives Verfahren bzw. System mit hoher Einsatzflexibilität anzubieten und schneller, ökonomisch und ökologisch günstiger auf den Markt zu bringen, was für den Kunden entsprechende Preisvorteile mit sich bringen.

Mit der durch das Forschungsprojekt ermöglichten Sprühanlage im Hause Lätzsch ist eine erhöhte Bau-teilqualität mit entsprechend hoher Wiederholgenauigkeit durch den automatisierten Prozess möglich. Dies führt zur Erhaltung bzw. Schaffung von Arbeitsplätzen in der eigenen Region. Die Produktion von handlaminierten Bauteilen wird indes zunehmend in Billiglohnländer verlagert.

Weiterhin ist anzumerken, dass durch die Projektrealisierung ein Beitrag zur breiteren Markteinführung des innovativen Verfahrens geleistet wird. Für großflächige Strukturbauteile steht ein serientaugliches Verfahren zur Verfügung, das deutlich geringere Emissionswerte aufweist. Die Firma Lätzsch agiert hier-bei als Pilotunternehmen, wobei sich vielfältige Anwendungsmöglichkeiten auch für andere klein- und mittelständische Unternehmen ergeben.


Fazit

Mit dem realisierten Verfahren sollen grundsätzlich konventionelle Materialien und Produkte aus glasfaserverstärktem Kunststoff oder Stahl durch PUR-gesprühte Teile substituiert werden. Geplant sind dafür die Bereiche Verkehrstechnik, Schiffbau und Behälterbau. Derzeit bestehen mit drei Firmen direkte Kontakte, die eine Substitution ihrer Produkte von GFK in PUR bei bestehenden und zukünftigen Bauteilen sehr erfolgversprechend bewerten.