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Verbundwerkstoffe

Im Tape-Sandwich-Verfahren zu nachhaltigen Bauteilen

Mit dem neuen Tape-Sandwich-Verfahren von Engel lassen sich leichte, aber steife Bauteile herstellen; Motorradhersteller KTM nutzt dies für Sitzbankböden.

KTM Motorräder machen den Anfang beim neuen Tape-Sandwich-Verfahren. Darüber hinaus steht die Technologie auch anderen Unternehmen der Mobilitätsbranche zur Verfügung.

Mit dem Tape-Sandwich-Verfahren, das Engel und KTM auf der JEC 2023 in Paris zeigen, kann bei einer höheren Steifigkeit ein kompakteres Bauteildesign mit niedrigerem Gewicht und einer hohen Kosteneffizienz erreicht werden. „Wir arbeiten im Tape-Sandwich-Prozess mit sehr dünnen, einlagigen Verstärkungsmaterialien wie zum Beispiel Tapes und Geweben mit Polypropylenmatrix, die ohne Vorwärmen in beide Kavitätenhälften des Spritzgießwerkzeugs eingelegt werden, bevor die Kavität mit Polypropylen gefüllt wird“, erklärt Franz Füreder, Vice President Automotive & Mobility von Engel. „Aufgrund der spezifischen mechanischen Eigenschaften des Sandwichaufbaus können wir im Falle der Motorradsitzbankböden bereits mit einem einlagigen UD-Tape die erforderliche Steifigkeit erfüllen. Damit benötigt das Tape-Sandwich-Verfahren deutlich weniger Energie und eine einfachere Anlagentechnik als herkömmliche Verfahren der Faserkunststoffverbundverarbeitung. Die Produktionskosten können somit deutlich reduziert werden.“

25 % leichter durch Tape-Sandwich-Verfahren

Beim Demonstrator Sitzbankboden konnten bei identischer Steifigkeit der notwendige Bauraum auf diese Weise um 66 % und das Gewicht um zirka 26 % reduziert werden. „Der neue Sandwich-Aufbau, bei dem die Verstärkungsfasern einen möglichst hohen Abstand zur neutralen Faser haben, bietet eine maximale Steifigkeit bei gleichzeitiger Minimierung der notwendigen Fasern“, so Hans Lochner, Teamleiter Material and Applications von KTM Technologies. Ein weiterer Vorteil des Sandwich-Aufbaus ist, dass Standardthermoplaste in mechanisch hochbeanspruchten Bauteilen zum Einsatz kommen können, da die Leistungsfähigkeit des Bauteils ausschließlich über die Tape-Struktur gesteuert wird. Auch das steigert die Kosteneffizienz.

Bei diesem Motorradsitzbankboden konnten mit dem Tape-Sandwich-Verfahren bei identischer Steifigkeit der notwendige Bauraum um 66 % und das Gewicht um zirka 26 % reduziert werden.

Global Warming Potential sinkt um bis zu 85 %

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Die Entwicklungspartner haben unterschiedliche Spritzgießmaterialien getestet, neben herkömmlichem Polypropylen (PP) aus fossilen Quellen auch biobasierte und rezyklierte PP-Typen. Für die unterschiedlichen Materialkombinationen wurde jeweils das Treibhauspotenzial (Global Warming Potential, GWP) ermittelt. Im Vergleich zum Serienstand – vollständig aus fossilem PP hergestellte Sitzbank – wird mit der Tape-Sandwich-Technologie beim Einsatz von ebenfalls fossilem PP der GWP-Wert um 27 % reduziert. Dieser Wert wird ausschließlich durch die Materialreduzierung erreicht. Mit PP aus nachwachsenden Quellen sinkt der GWP-Wert um 85 %. Das Bauteilgewicht wurde jeweils um 26 % reduziert. Dies ist möglich, weil bereits sehr dünne Bauteile eine hohe Steifigkeit erreichen.

Monokunststoffansatz ermöglicht das Rezyklieren

Zur Reduktion der Treibhausgase trägt in der Gesamtbetrachtung zudem der konsequente Monokunststoffansatz bei. In Kombination mit Tapes mit einer PP-Matrix entstehen Bauteile, die sich am Ende ihrer Nutzungsdauer recyclen lassen. „Mit der neuen Entwicklung eröffnen wir für die Mobilität der Zukunft eine bezahlbare und nachhaltige Lösung“, betont Füreder.

In einem ersten Schritt wird die Tape-Sandwich-Technologie für Motorradkomponenten der KTM Familie eingesetzt. Darüber hinaus haben Engel und KTM Technologies viele weitere Leichtbauanwendungen in den unterschiedlichsten Mobilitätsdisziplinen im Blick. Die beiden Entwicklungspartner bieten das Tape-Sandwich-Verfahren gemeinsam an und entwickeln auf die jeweilige Anwendung passgenau zugeschnittene Lösungen. sk

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