Der wachsende Einsatz von faserverstärkten Kunststoffen (FVK) in der Fertigungsindustrie stellt Unternehmen, darunter vor allem die Automobilindustrie, vor die Herausforderung, wirtschaftliche Reparaturmethoden bereitzustellen. Hierzu werden an der RWTH Aachen in enger Zusammenarbeit zwischen sieben Forschungsinstituten und begleitet von Industrieunternehmen neue Technologien zur Schadenserkennung und Schadensbewertung, zur individualisierten Fertigung von Reparaturmaterialien, so genannten Patches, sowie zur Durchführung und Qualitätssicherung der Reparatur entwickelt.
Hintergrund für diese Forschungsinitiative ist, dass neue Fahrzeugkonzepte zunehmend auf FVK, insbesondere kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen (CFK) aufbauen, da diese Werkstoffe bei geringem Gewicht dennoch sehr hohe Steifigkeiten und Festigkeiten bieten. Fortschritte bei der Effizienz der Produktionsanlagen und der Reduzierung der Zykluszeiten haben dazu geführt, dass FVK zunehmend auch in Serienfahrzeugen mit hohen Stückzahlen eingesetzt werden. Auch der Druck der Gesetzgebung zur Reduzierung des CO2-Ausstoßes führt dazu, dass der Leichtbauwerkstoff FVK in immer mehr Fahrzeugen verbaut wird.
Noch sind Reparaturen von FVK-Bauteilen aufwendig und teuer
Bei der Reparatur von FVK-Bauteilen in Kleinstserien sind derzeit noch der Austausch kompletter Komponenten oder die auf Expertenwissen basierende lokale Bearbeitung des Schadens üblich. Spezialisierte Werkstätten verfügen hier durchaus über etablierte Möglichkeit der Schadensbehebung. Diese Maßnahme sind im Vergleich zu Reparaturverfahren für metallische Strukturen allerdings teuer und ressourcenintensiv. Zur Gewährleistung der Kundenakzeptanz müssen typische Reparaturwerkstätten befähigt werden, eine kostengünstige Bewertung und Reparatur des Schadens vorzunehmen. Das Aachener Projekt verfolgt die Industrie-4.0-Prinzipien: Sämtliche an der Wertschöpfung beteiligten Elemente werden auf maximale Wandlungsfähigkeit ausgelegt und informationstechnisch verknüpft. Aufgrund des neuen Ansatzes ergeben sich vollkommen neue Geschäftsmodelle, deren Entwicklung ebenfalls betrachtet wird.
Schäden werden durch die automatische Fusion von Daten erfasst
Die Schadenserfassung basiert auf der automatischen Fusion von Daten unterschiedlicher Prinzipien zur zerstörungsfreien Prüfung. Die Daten werden automatisiert ausgewertet und Anweisungen zur Bearbeitung der schadhaften Stelle daraus erstellt. Für die Reparatur werden Reparaturmaterialien in Form von fahrzeug- und schadensangepassten Patches mittels eines Systems zur individualisierten Massenproduktion gefertigt. Die Patches werden anschließend an die Werkstatt versandt. Der Werker führt damit die Reparatur unter Anwendung neu zu entwickelnder Reparatur- und Qualitätssicherungsverfahren durch. Geeignete Assistenzsysteme sollen den Werker in Zukunft bei sämtlichen Aufgaben unterstützen.
Sieben Forschungsinstituten beteiligt
Die am Projekt beteiligten Institute sind das Institut für Kunststoffverarbeitung (IKV), der Lehrstuhl für Fertigungsmesstechnik und Qualitätsmanagement Werkzeugmaschinenlabor (WZL), die Institute für Kraftfahrzeuge (ika), für Schweißtechnik und Fügetechnik (ISF), für Bildsame Formgebung (IBF), für Mensch-Maschine-Interaktion (MMI) und das Forschungsinstitut für Rationalisierung (FIR) an der RWTH Aachen. Des Weiteren sind in einem projektbegleitenden Ausschuss nahezu fünfzig Industrieunternehmen beteiligt. Das Projekt wird über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen „Otto von Guericke“ (AiF) e.V. im Rahmen des Förderwettbewerbs „Leittechnologien für KMU“ über einen Zeitraum von zunächst drei Jahren finanziell gefördert.
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