Frankfurt, 19. Juli 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 Jochen Schmidt, Geschäftsführer der KARL MAYER Technische Textilien GmbH und Mitglied im Vorstand der Arbeitsgemeinschaft Hybride Leichtbau Technologien

Herr Schmidt, wie kommt ein Textilmaschinenhersteller zum Leichtbau?

Jochen Schmidt: Die Anforderungen an faserverstärkte Kunststoffe sind gestiegen. Ein Spritzgussteil, das heute im Auto verwendet wird, besteht meist aus so genannten Kurzfasern in Millimeterlänge. Wir können über das Textil die Fasern besser ordnen, orientieren und endlos legen. Damit können die Bauteileigenschaften verbessert werden. Auch Gewicht kann eingespart werden. Die Kunden können mit unseren Maschinen gezielt Einfluss auf das Textil nehmen und dadurch auf das faserverstärkte Bauteil, viel stärker, als dass im normalen Spritzguss der Fall ist.

Unsere Maschinen für die Faserverbundwerkstoffe sind im Grunde eine Weiterentwicklung von bestehender Maschinentechnologie. Auf unseren Maschinen werden schon sehr lange Trägermaterialien hergestellt. Wenn Gebäude renoviert werden, sieht man häufig über mehrere Stockwerke bedruckte Werbebanner. Die eigentliche Kraftaufnahme erfolgt dort über ein Textil, das auf unseren Maschinen hergestellt wird. Dieses wird laminiert oder beschichtet und dann bedruckt. Unsere Maschinen für die Carbonfasergelege sind daher eine Weiterentwicklung für neue Anwendungen.

Was ist denn eine typische Faserverbund-Anwendung mit Ihren Maschinen?

Schmidt: Eine ganz große Anwendung auf unseren Maschinen sind zum Beispiel Glasfasergelege für Windflügel. Ein solcher Flügel wäre viel zu schwer, machte man ihn aus Stahl. Die Türme der Windräder sind überwiegend aus Stahl, aber die Flügel sind meist aus Composite-Bauteilen, in diesem Fall glasfaserverstärkter Kunststoff. Nähme man Kunststoff ohne Faserverstärkung, würde der Flügel die Kräfte nicht halten. Fasern nehmen die Kraft auf. Die Fliehkräfte bei einem sich drehenden Flügel sind gigantisch groß. Da bringen die Fasergelege die notwendige Festigkeit.

Welche Rolle spielt der Werkstoff Carbon für den Maschinenbauer KARL MAYER?

Schmidt: Maschinen zur Gelegeherstellung für Faserverbundwerkstoffe aus Carbon, aber auch Glasfasern, gehören bei uns in den Geschäftsbereich Technische Textilien. Der gesamte Bereich macht in der KARL MAYER Gruppe etwa 15 bis 20 Prozent aus. Ziel ist es, im Carbonmarkt weitere Entwicklungen voranzutreiben, denn wir sehen hier großes Marktpotenzial. Wir rechnen im Carbonbereich über die nächsten Jahre mit einem kontinuierlichen Wachstum. 

KARL MAYER arbeitet in dem Projekt C3 mit. Was hat es damit auf sich?

Schmidt: Das ist ein von der Bundesregierung unterstütztes Gemeinschaftsprojekt zur Förderung von Carbon-Beton-Verbundwerkstoff, also Verstärkungen, aus Carbonfasergelegen. Die Carbonfaserkonstruktionen sind leichter und hinsichtlich der Tragfähigkeit deutlich leistungsfähiger als üblicher Bewehrungsstahl. Auch kann man den leichteren und trotzdem festen Werkstoff gleichzeitig freier formen und konstruieren, zusätzlich rostet der Werkstoff nicht. Damit benötigt man keinen Korrosionsschutz der Bewehrung. Hierdurch wird eine erhebliche Reduzierung der Bauteildicke und damit der notwendigen Betonmenge möglich. Das ist ressourcenschonend, weil man natürlich weniger Beton einsetzen muss. Man spart damit viel Wasser, viel Zement ein.

Gleicht die Einsparung denn die höheren Kosten für den Werkstoff Carbon aus?

Schmidt: Wenn man beispielsweise eine Brücke sanieren will, geschieht dies üblicherweise, indem man eine zusätzliche Schicht aus mit Stahlmatten unterlegtem Beton aufträgt. Durch den Einsatz von Carbon statt Stahl erreicht man eine enorme Gewichtseinsparung und eine Materialeinsparung. Das hat zur Folge, dass man zu gleichen oder gegebenenfalls sogar geringeren Kosten sanieren kann. Der direkte Materialeinsatz von Carbon ist noch relativ teuer. Aber es gibt viele Anwendungen, bei denen die Materialeinsparung so groß ist, dass es sich lohnt.

Es gibt auch andere Beispiele, wo es sich auf jeden Fall lohnt. Etwa wenn man in einem Bereich saniert, wo es um Deckenhöhen geht. Mit einem herkömmlichen Stahlaufbau könnte man vielleicht gar nicht sanieren, weil man zu viel Schichtaufbau benötigt, und dann reicht die Deckenhöhe nicht mehr. Carbon in Beton kommt dort zum Einsatz, wo es um hochwertige Anwendungen geht und es schwierig wird, mit Stahl zu sanieren.

Was ist der Beitrag Ihres Unternehmens zu diesem Projekt?

Schmidt: In unserem Beitrag steht die Herstellung von biaxialen Gelegestrukturen zur Verstärkung von Betonbauteilen im Mittelpunkt. Die Biaxialgelege sind gitterartig aufgebaut. Die lastaufnehmende Carbonfaser wird mit einem Winkel von 0 Grad als Stehfaden und mit 90 Grad-Lage als Schuss angeordnet und auf unseren Schußwirkmaschinen in einem Arbeitsschritt fixiert. Wir betreiben damit auch ein Stück Grundlagenforschung im Betonbereich. Daraus können dann immer wieder Adaptionen für andere Materialien oder Bauteile abgeleitet werden.

In welche Branchen liefern die Käufer Ihrer Maschinen heute?

Schmidt: Unsere Kunden bedienen unterschiedliche Branchen mit Gelegen. Größter Bereich für den Einsatz von Carbon ist nach wie vor die Luftfahrt, inzwischen dicht gefolgt von der Automobilindustrie. Hier ist das Wachstum besonders groß. Und auch in der Windkraft ist Carbon im Kommen. Beton ist gemessen an den verarbeiteten Mengen noch ein sehr kleiner Einsatzbereich.

Wo sehen Sie darüber hinaus noch weiteres Potenzial für den Werkstoff?

Schmidt: Immer wenn Teile schnell beschleunigt werden oder große Massen bewegt werden müssen, dann lohnt sich der Einsatz von Carbon. Ich sehe zum Beispiel im gesamten Maschinenbau noch sehr viel Potenzial für Carbonbauteile.  

Was versprechen Sie sich von der Arbeitsgemeinschaft Hybride Leichtbau Technologien?

Schmidt: Uns geht es zunächst einmal um den Einsatz von Composites, denn das sind genau die Bauteile, die von Gelegen von unseren Maschinen bedient werden. Wir versprechen uns von der Mitgliedschaft mehr Erkenntnisse und eine bessere Verzahnung zwischen Endanwendung und Maschinenbau. Damit können wir auf neue Anforderungen besser und schneller reagieren. Mit der nächsten Stufe, dem hybriden Leichtbau, ist es dasselbe. Auch hier müssen wir vernetzen, dass wir den richtigen Technologie- und Materialmix entwickeln können. Da hilft uns der Austausch innerhalb des Maschinenbaus und zu Anwendern sehr.

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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.