Frankfurt, 10. Juni 2016 - Für eine ressourcenschonende und energieeffiziente Umwelt ist Leichtbau unverzichtbar. Wie in der Luftfahrt, sind zunehmend auch im Automobilbau Leichtbaulösungen gefragt, um die CO2-Emissionen zu reduzieren. Bei Wachstumsraten von 7- 8 Prozent wird 2020 allein in der Transportbranche ein weltweiter Leichtbaumarkt von 140 Milliarden Euro erwartet. Vor diesem Hintergrund hat der VDMA die Arbeitsgemeinschaft Hybride Leichtbau Technologien ins Leben gerufen. Auf dieser Plattform tauschen sich Maschinenbauer mit Vertretern von Anwender- und Zulieferindustrien über Möglichkeiten, Technologien und Werkstoffe im Leichtbau aus. In einer Interview-Reihe lässt der VDMA einige Exponenten des Leichtbaus zu Wort kommen.
Interview mit Klaus-Peter Welsch, Sales & IT-Manager bei der Geiss AG und Mitglied im Vorstand der Arbeitsgemeinschaft Hybride Leichtbau Technologien
Herr Welsch, alle Welt redet von Carbon als dem Non-plus-Ultra-Werkstoff für Leichtbau. Wie sehen Sie das?
Klaus-Peter Welsch: Die Kohlefaser ist jetzt in aller Munde, weil die Autoindustrie in ihrem Bemühen um Gewichtseinsparung neuerdings auf sie setzt. Bei all den Vorteilen dieses Werkstoffes, von denen der größte sicherlich sein vergleichsweise geringes Gewicht ist, wird sein großer Nachteil meist unter den Tisch gekehrt. Das Problem von kohlefaserverstärkten Kunststoffen oder sonstigen faserverstärkten Kunststoffen liegt im Recycling. Es wird wohl hier und da behauptet, das Problem sei schon lösbar oder schon gelöst, sogar in der Großserie. Das ist derzeit aber nur unter Laborbedingungen möglich. In der Praxis versucht man aktuell, die bei der Produktion anfallenden Reststücke zu schreddern, zu verpressen und wieder einzubauen. Ein Recycling im Sinne des Trennens der Fasern vom Kunststoff und einer Wiederverwendung der Einzelbestandteile gibt es im großtechnischen Einsatz noch nicht. Die dafür nötige Pyrolyse ist einfach noch zu teuer.
Ließe sich das Recyceln von CFK-Bauteilen verbessern, wenn man statt auf duroplastische, auf thermoplastische Kunststoffe setzte?
Welsch: Nein. Aus einer Kohlefaser, insbesondere einer verwebten, kann man den Thermoplasten nicht herausschmelzen. Die Schmelztemperaturen sind so hoch, dass sich mit hoher Wahrscheinlichkeit die Struktur der Kohlefaser verändern oder es zumindest Auswirkungen auf die Eigenschaften der Faser haben würde. Außerdem bekäme man den flüssigen Kunststoff nie ganz herausgetropft. Man stelle sich vor, man tränke ein Tuch in Butter und versuchte dann, die Butter wieder herauszubekommen. Das Fett tropft zwar bei Erwärmung ab, aber das Tuch wird ölig bleiben. Ähnlich dazu bleiben Rückstände in der Kohlefaser, so dass sie nur eingeschränkt wiederverwendet werden kann.
Was soll die Autoindustrie denn tun, um beim Gewicht der Fahrzeuge zu sparen?
Welsch: Bei bestimmten Anforderungen an die Steifigkeit eines Bauteils kann CFK durchaus die Wahl der Stunde sein. Aber wir bei Geiss sind der Meinung, dass man bei CFK nicht stehen bleiben und stattdessen einen Schritt weiter gehen sollte. Wir sollten über den verstärkten Einsatz von reinen Kunststoffen im Auto nachdenken, solchen, die wir zu hundert Prozent recyceln können. Das Potenzial für Kunststoff ist noch längst nicht ausgeschöpft. Wir können den Kunststoffanteil am Auto noch erhöhen, und zwar den reinen Kunststoffanteil, und wir können sogar noch leichter werden.
Was wäre denn solch ein neuer Einsatz von Kunststoff?
Welsch: Man denke beispielsweise an den verstärkten Einsatz von Vliesen. Ein Vlies im Radkasten klappert nicht und ist leichter als andere klassische Werkstoffe wie Stahl oder Aluminium. Vliese haben auch den Vorteil der Geräuschdämmung. Diese Vliese bestehen zum Beispiel aus reinen Polypropylen-Fasern. Es sind reine Kunststofffasern, die nicht verwoben sind. Dieses Material ist zu hundert Prozent recyclingfähig. Jedes Material hat seine besondere Bedeutung. Man muss es nur ideal einsetzen.
Aber bei tragenden Teilen müsste man das Feld weiterhin anderen Werkstoffen überlassen?
Welsch: Man kann im Kunststoffbereich noch Steifigkeiten hinbekommen, über die heute noch nicht nachgedacht wird. Ein Beispiel: In der Bauindustrie setzt man für Stellwände mitunter schon Kunststoffplatten statt Holz oder Rigips ein. Dabei handelt es sich um zwei dünne Folien, die verformt und verschweißt werden. Diese Platten sind wesentlich leichter, als Rigips oder ähnliches. Eine Platte, die zwei Meter mal 1,25 Meter groß ist, trägt sogar das Gewicht von Menschen, sie verbiegt sich nicht einmal. Und das Ganze ist vollständig wiederverwertbar.
Welche Bedeutung hat das Leichtbau-Thema für Geiss?
Welsch: Wir sind in der Tiefziehtechnik durch Thermoformen zuhause. Das ist eine kleine Nische im großen Feld der Kunststoffverarbeitung. Mit diesem Verfahren stellen unsere Kunden technische Kunststoff-Bauteile her. Hauptsächlich großflächige Teile in kleineren Serien. Die sind extrem unwirtschaftlich im Spritzguss herzustellen. Beim Thermoformen ist die Materialdicke entscheidend. Wir streben hier in erster Linie niedrige Zykluszeiten an, um eine hohe Produktivität zu erreichen. Die Zykluszeit ist bedingt vor allem durch die Prozesse des Aufheizens und Kühlens. Je dünner nun eine Platte ist, die wir verformen, desto kürzer ist die Zykluszeit. Die Fläche ist gar nicht so entscheidend. Wir hatten deshalb schon immer ein Interesse daran, dass man mit möglichst dünnen Materialien arbeiten kann. Je dünner – je leichter.
Versprechen Sie sich mehr Geschäft durch die zunehmende Bedeutung des Leichtbaus in der Industrie?
Welsch: Wir erwarten tatsächlich mehr Geschäft und zwar aus zwei Gründen. Zum einen die Gewichtsreduzierung durch den verstärkten Einsatz von Kunststoffen. Das ist ja nicht nur im Automobilbereich ein dringendes Thema. Ein zweiter Grund liegt in der extrem zunehmenden Produktvielfalt. Ein Beispiel: Ein Hartschalenkoffer ist heute in vielen verschiedenen Farben erhältlich. Der Koffer kann außerdem individualisiert werden, in dem man den Namen des Besitzers einträgt. Die Endmenge an Koffern verändert sich dadurch aber nicht. Aber um mehr Farben anbieten zu können, muss man im Spritzgussverfahren mehr Farbmischungen ansetzen, man muss die Maschinen häufiger säubern und dergleichen mehr. Das heißt, die Produktionskosten steigen. Für uns als Thermoformer ist es egal, ob man drei Platten über eine Form tiefzieht oder 20. Wir brauchend dazu keine Veränderungen an der Maschinen vorzunehmen, haben also auch keine zusätzlichen Kosten. Aufgrund der Produktvielfalt bekommen wir jetzt mehr Anteile vom ehemaligen Spritzgussmarkt.
Kann man sagen, dass der hybride Leichtbau erst der Anfang ist und in Zukunft nur eine Leichtbau-Lösung unter vielen sein wird?
Welsch: Das geht natürlich weiter. Deswegen haben wir auch die Arbeitsgemeinschaft gebildet. Wir dürfen jetzt nicht stehenbleiben, und wir dürfen auch den Entwicklungsaufwand für weitere Verbesserungen nicht scheuen.
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Am 22.01.2016 wurde das Forum Composite Technology im VDMA in die Arbeitsgemeinschaft Hybride Leichtbau Technologien überführt. Das Tätigkeitsfeld erweitert sich damit durch den metallischen zum hybriden Leichtbau. Neben den 180 VDMA-Mitgliedsunternehmen steht jetzt auch Anwendern, Zulieferern und Forschung die Mitwirkung in der AG offen. Gemeinsames Ziel ist es, Produktionsverfahren, Automatisierung und Fügetechnologien werkstoffübergreifend und europaweit weiterzuentwickeln und damit zukunftsweisende Arbeitsplätze zu schaffen.
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