Inhaltsverzeichnis
1. Einsatzbeispiele für das TFP-Verfahren
2. Vorteile von per TFP hergestellten Bauteilen
3. Anwendungsbereiche des TFP
4. Das TFP-Verfahren (Tailored Fiber Placement)
Einsatzbeispiele für das TFP-Verfahren
KEM Konstruktion: Faserverstärkte Werkstoffe kennen wir in der Produktentwicklung vor allem aus dem Fahrzeug- und Flugzeugbau. Eher unerwartet dürfte hier als Lieferant eine Stickerei sein wie Keinath TFP-Solutions. Was kann das Engineering hier erwarten?
Nadja Czischke (Keinath TFP-Solutions): Leider wagen nur wenige im Engineering den Blick in andere Branchen. Dadurch findet die Tailored-Fiber-Placement-Technologie (TFP) fast ausschließlich Anwendung in Verbindung mit Projekten, bei denen Hochschulen oder Forschungsinstitute involviert sind. So hat etwa Mercedes-Benz die Versteifung im Querträger der S-Klasse durch Preforms aus Carbon im TFP-Verfahren ersetzt in Kooperation mit dem Institut für Flugzeugbau (IFB) der Universität Stuttgart sowie den Deutschen Instituten für Textil- und Faserforschung (DITF) in Denkendorf. Auch die Fenster des Airbus 350 werden unter anderem von der Hightex Verstärkungsstrukturen GmbH in Klipphausen im TFP-Verfahren hergestellt – das Unternehmen ist eine Ausgründung des Leibniz-Instituts für Polymerforschung in Dresden.
Vorteile von per TFP hergestellten Bauteilen
KEM Konstruktion: Welche Chancen eröffnet das TFP-Verfahren?
Czischke: Das TFP-Verfahren lässt sich generell immer dann vorteilhaft einsetzen, wenn sich Verbundwerkstoffe kombinieren lassen und auf diese Weise kostenintensivere Werkstoffe ersetzt werden können. Ein weiteres Argument für das TFP-Verfahren ist die Gewichtseinsparung, welche sich in vielfältiger Weise niederschlägt, etwa durch eine geringere Unwucht bei rotierenden Teilen oder weniger aufwändige Reparaturen, da unterstützende Vorrichtungen und Hilfsmittel nicht mehr erforderlich sind.
Ein Beispiel hierzu ist eine Schiffskupplung, welche per TFP hergestellt wesentlich leichter ist als das Pendant aus Stahl, wodurch Schiffe zur Reparatur nicht mehr zwangsläufig in die Werft müssen, sondern die Kupplung auch auf See getauscht werden kann.
Anwendungsbereiche des TFP
KEM Konstruktion: In welchen Bereichen lässt sich das Verfahren gut einsetzen?
Czischke: Die Faserrovings bieten eine vielfältige Auswahl an Anwendungsgebieten und Einsatzmöglichkeiten. So können bei trockenen Fasern diverse Materialen kombiniert werden, etwa Glasfasern und Carbonfasern. Durch Rovings mit vorgetränkten Fasern besteht die Möglichkeit, gezielte Verstärkungsstrukturen auf Fasergewebe oder -vlies aufzusticken. Eine andere Möglichkeit zur Verarbeitung bietet sich durch sogenannte Hybridrovings – die Kombinationsmöglichkeiten sind vom Anwendungsfall abhängig. So kann etwa im Fall des Querträgers von Mercedes-Benz ein Roving mit Verstärkungsfaser und einem geeigneten Thermoplast hergestellt werden, welches als Preform im Spritzgusswerkzeug eingelegt wird. Während des Spritzgussprozesses schmilzt es auf und ist somit in das Bauteil integriert. Es gibt auch Hybridrovings, die aus unterschiedlichen Verstärkungsfasern bestehen, bei denen über den Prozentsatz der Anteile die Festigkeit passgenau eingestellt werden kann.
KEM Konstruktion: Welche Unterstützung/Dienstleistung bietet Keinath TFP-Solutions speziell für die Produktentwicklung an – welches Vorgehen hat sich bewährt?
Czischke: Wir betreuen unsere Kunden von der ersten Idee an, bringen die Vorteile des TFP-Verfahrens näher und entwickeln mit ihnen zusammen Bauteile, die sich die Vorteile des Verfahrens zu Nutze machen. Durch unsere Nähe zu führenden Forschungsinstituten können wir bei der Entwicklung immer den aktuellen Stand der Technik bieten. Mit unserer Erfahrung und unserem Know-how suchen wir auf diese Weise mit den Kunden die kostengünstigste Lösung – immer auf Basis der spezifischen Randbedingungen.
Das TFP-Verfahren (Tailored Fiber Placement)
Beim Tailored Fiber Placement (TFP) entstehen Gelege aus technischen Fasern. Carbon-, Glas- oder Naturfasern erschließen in Verbindung mit biobasierenden Harzen dem innovativen Engineering eine Vielzahl neuer Möglichkeiten. Rein technisch betrachtet eignet sich der Einsatz der TFP-Technologie für viele Anwendungen, die sehr hohen Anforderungen gerecht werden müssen.
Bild: Keinath TFP-Solutions
TFP-Gelege vereinen Vorteile, die sich mit konventionellen Materialien und Materialkombinationen nur sehr schwer erreichen lassen. Insbesondere hohe Stabilität, geringes Gewicht und sehr geringer Verschnitt sprechen für Verstärkungsstrukturen, Produkte, Werkzeuge oder auch Halbzeuge auf der Grundlage von Hochleistungsrovings.
Folgende Fragen erlauben eine erste Abschätzung, ob sich ein Blick auf das TFP-Verfahren lohnt:
- Lassen sich in einem Leichtbauteil mehrere Funktionen vereinen, weil beispielsweise ein Sichtteil gleichzeitig ein tragendes Element ist?
- Lassen sich Fertigungsprozesse mit dem TFP-Verfahren generell günstiger gestalten?
- Können Ressourcen schonender eingesetzt und Abfall reduziert werden?
