Nimmermüdes Leichtgewicht

„Igorex“ – die neuen Hochleistungs-Kunststoffbauteile von Faigle bestehen aus einem Werkstoffverbund aus endlosen Verstärkungsfasern und einer thermoplastischen Matrix. Die Verstärkungsfasern können dabei Kohle-, Glas- oder Aramidfasern sein. Im Gegensatz zu den Faserverstärkungen, wie sie im Spritzguss bekannt sind, ist die Faserlänge bei Igorex sozusagen endlos und nur durch die Bauteillänge begrenzt. Der Faseranteil kann bis zu 70 Volumen-% des Bauteils ausmachen.

Die Matrix ist der „Klebstoff“ zwischen den Fasern, der die Fasern zusammenhält und zu einem festen Bauteil formt.

Die Besonderheit von Igorex besteht darin, dass diese Matrix ein thermoplastischer Kunststoff ist – im Gegensatz zu herkömmlichen Composite-Materialien, wo duroplastische Kunststoffe, beispielsweise Epoxy-Harze, eingesetzt werden. Die dadurch erzielbaren Werkstoffqualitäten der Igorex-Lösungen überzeugen zunehmend mehr Kunden aus unterschiedlichsten Branchen:

Igorex besitzt einen gewichtsspezifischen E-Modul, der den von Stahl und Aluminium bei weitem übertrifft und das enorm hohe Leichtbaupotenzial dieses Werkstoffes begründet. Die freie Reißlänge von Igorex ist um ein Vielfaches höher als beispielsweise jene von Titan. Je nach Materialkombination sind Zugfestigkeiten von 1500 N/mm2 und Biegefestigkeiten bis 400 N/mm2 zu erreichen.

Auch die sehr guten Ermüdungseigenschaften überzeugen. Nach 1 000 000 Lastwechseln liegt die verbleibende Festigkeit immer noch bei über 90 % des ursprünglichen Wertes.

Neue Materialien verlangen nach neuen Verarbeitungstechnologien. In der Verarbeitung von Igorex hat Faigle Pionierarbeit geleistet.

Präzisionspressen: Mit dem Faigle PCP-Verfahren (precision composite pressing) können kleine und mittelgroße Bauteile aus Igorex hergestellt werden. Die dabei erzielbare Präzision ist so hoch, dass meist eine nachträgliche Bearbeitung entfallen kann. Das hat zum Vorteil, dass die Verstärkungsfasern nicht verletzt werden, sondern sich an die Bauteilkonturen anlegen und somit einen optimalen, ununterbrochenen Kraftfluss ermöglichen. Das PCP-Verfahren ist absolut serientauglich – Stückzahlen von 1000 bis 500 000 pro Jahr (je nach Bauteilgröße) sind realisierbar.

Thermoplastpultrusion: Mit der von Faigle entwickelten Thermoplastpultrusion werden unidirektional verstärkte Igorex-Vollprofile für vielfältige Einsatzmöglichkeiten hergestellt. Diese können als Fertigteil eingesetzt, aber auch in nachträglichen Umformungsprozessen weiterverarbeitet werden.

Bisher nicht zu lösen war die Aufgabe, hohe Zugkräfte in den Querschnitt eines Faserverbund-Zugstabes einzuleiten. Herkömmliche Krafteinleitungssysteme, wie sie von Stahl bekannt sind, sind für Faserverbundwerkstoffe nicht oder nur bedingt geeignet, weil sie die Kraft immer nur in die äußeren Faserlagen des Stabes einleiten können. Das gleiche gilt für Klebeverbindungen.

In Kooperation mit der TU Dresden wurde nun ein System entwickelt, mit dem sich höchste Zugkräfte optimal in einen endlosfaserverstärkten Stab einleiten lassen. Der Einsatz von thermoplastischen Matrixsystemen in derartigen Zugankern erlaubt die vorteilhafte Ausnutzung der Warmumformbarkeit zur Ausbildung geeigneter Krafteinleitungsstrukturen. Durch eine besondere Formgebung sowie einen speziell entwickelten, faserschonenden Umformprozess wird eine formschlüssige Verbindung des Stabes mit einem metallischen Endstück hergestellt, die einen optimalen Verlauf der Verstärkungsfasern gewährleistet. Der Prozess ist effizient und mit guter Wiederholungsgenauigkeit industriell umsetzbar.

Die metallischen Endstücke können verschiedenartig gestaltet werden, um an bestehende Normsysteme angebunden zu werden. Außen- oder Innengewinde sind genauso möglich, wie Ösen oder Laschen. In allen Varianten ist die zuverlässige Kraftüberleitung in den Kunststoff-Stab sichergestellt. Besonders überzeugend ist in der neuen Kunststoff-Zuganker-Lösung, dass Zugfestigkeiten erreicht werden, die gleich oder höher als bei Stahl sind. Das Gewicht – im Vergleich zu Stahl – wird dabei um etwa 4/5 unterschritten. Kompakte und gleichzeitig individuell gestaltbare Anschlussteile eröffnen eine breite Palette an Einsatzmöglichkeiten.

Die Kunststoff-spezifischen Eigenschaften wie Korrosions- und Chemikalienbeständigkeit, geringe bis keine Wärmeausdehnung und Einsatztemperaturen bis 250 °C sind zusätzliche, überzeugende Argumente für die innovativen Zuganker-Lösungen.

Einsetzbar ist das System überall dort, wo hohe Zugkräfte über schlanke Systeme sicher übertragen werden müssen. Mögliche Anwendungsgebiete sind die Bauindustrie und Luftfahrt, der Maschinen- und Schiffsbau, Transformatoren und Hochspannungs-Isolatoren oder die Fördertechnik.

Igorex KEM 474

Kunststoff- Zugankersystem KEM 475

Mit dem Institut für Kunststoff- und Leichtbautechnik (ILK) an der TU Dresden fand Faigle einen Entwicklungspartner, der sich ebenfalls seit vielen Jahren mit der Entwicklung von Faserverbund-Lösungen beschäftigt. Das gemeinsam entwickelte System ist derzeit noch im Projektstadium. Je nach Anforderung und Menge ist es in kurzer Zeit lieferbar.