de.wedoany.com-Bericht: Ein spanisches Forschungskonsortium treibt das Projekt SUPERPAN voran, das ultraleichte Verbundpaneele für den Transportsektor wie Automobil und Schiene entwickelt. Ziel ist es, Herstellern zu helfen, das Strukturgewicht zu reduzieren und gleichzeitig die Produktionseffizienz sowie die Recyclingfähigkeit der Materialien am Ende ihrer Lebensdauer zu verbessern.
Das Projekt wird gemeinsam vom Verbundwerkstoffhersteller BIRKA COMPOSITES, dem Kunststofftechnologiezentrum AIMPLAS und der Einrichtung für fortschrittliche Fertigungstechnologien IDEKO durchgeführt. Der Forschungsschwerpunkt liegt auf der Entwicklung multidirektional verstärkter Paneele für strukturelle Anwendungen im Transportsektor. Eine Gewichtsreduzierung der Fahrzeuge kann den Energiebedarf senken, die Betriebsleistung verbessern und in bestimmten Einsatzszenarien die Betriebsemissionen reduzieren. Mit der zunehmenden Elektrifizierung von Verkehrssystemen gewinnt der Leichtbau eine noch größere Bedeutung für die Verlängerung der Reichweite oder die Reduzierung der pro Fahrt benötigten Energiekapazität.
Das Projektteam stellt jedoch fest, dass Leichtbau allein keinen geringeren ökologischen Fußabdruck gewährleistet. Verbundbauteile weisen häufig Probleme wie hohe Produktionskosten, schwierige Recyclingfähigkeit und einen hohen Energieverbrauch im Herstellungsprozess auf. SUPERPAN betrachtet daher Materialentwicklung, Fertigung und Recycling in einem gemeinsamen Rahmen.
Auf der Materialroute untersucht das Projekt thermoplastische Matrixsysteme. Im Gegensatz dazu verwenden viele etablierte Strukturverbundwerkstoffe duroplastische Harze, die zwar eine hohe Festigkeit und gute Dauerhaftigkeit aufweisen, deren chemische Struktur nach dem Aushärten jedoch fixiert ist, was eine Neuformung oder Weiterverarbeitung nach dem Ende der Lebensdauer erschwert. Thermoplastische Materialien versprechen einen praktikableren Weg für Recycling und Wiederverwendung. Das Projektziel ist die Entwicklung von Paneelen, die während der Nutzungsdauer die strukturellen Anforderungen erfüllen und den Herstellern nach der Außerbetriebnahme der Bauteile mehr Verarbeitungsoptionen bieten.
AIMPLAS übernimmt im Projekt die Polymerauswahl, Materialcharakterisierung, Bewertung der Recyclingfähigkeit und Leistungsvalidierung und versucht gleichzeitig, die traditionell mit duroplastischen Systemen verbundenen Verbundwerkstoff-Produktionstechnologien anzupassen. Das Team weist darauf hin, dass ein Materialaustausch nicht einfach die Substitution eines Harzes durch ein anderes bedeutet – die thermoplastische Lösung muss die Erwartungen der Transportbranche an mechanische Festigkeit, Dauerhaftigkeit, Qualität und Sicherheit erfüllen und zugleich mit den Fertigungsanforderungen an Kosten, Taktzeit und Reproduzierbarkeit übereinstimmen. Das Konsortium hat auch den Energieverbrauch der Paneelherstellung berechnet, da die Vorteile leichter Materialien im Betrieb durch einen hohen Energieaufwand in der Fertigungsphase zunichtegemacht werden könnten.
Die wirtschaftliche Machbarkeit hängt davon ab, ob die Paneele die vier Faktoren Strukturleistung, Verarbeitungseffizienz, Recyclingfähigkeit und Kosten gleichzeitig erfüllen können. Das Projekt hat noch nicht bestätigt, ob diese Technologie alle vier Anforderungen im industriellen Maßstab erfüllen kann.
Die Fertigungsentwicklung ist der Kernbereich von SUPERPAN. BIRKA ist für die Paneelherstellung verantwortlich und nutzt neue Materialkonfigurationen sowie seine patentierte Dual-Pullbraiding-Technologie, wobei zusätzlich ein UV-unterstützter Aushärtungsprozess für Prepreg-Materialien eingeführt wird. Diese Methoden werden derzeit bewertet, um festzustellen, ob sie den manuellen Aufwand reduzieren, die Produktionszykluszeiten verkürzen und die Qualitätskonsistenz der Paneele verbessern können. Eine stärkere Kontrolle über jeden Fertigungsschritt trägt dazu bei, die Technologie näher an die Zuverlässigkeitsanforderungen von Transportherstellern bei der Großserienproduktion von Bauteilen heranzuführen.
IDEKO liefert Automatisierungs- und Digitalisierungsunterstützung für die Produktionslinie. Seine Prozesssteuerung erfasst Betriebsdaten, sodass das Konsortium Produktionsbedingungen überwachen, Quellen von Qualitätsschwankungen identifizieren und potenzielle Defekte erkennen kann. Dieser datengetriebene Ansatz hilft auch zu beurteilen, ob sich Laborergebnisse unter industriellen Bedingungen reproduzieren lassen. Für Hersteller ist es nur ein Aspekt, dass Paneele in Tests gut abschneiden – ob sie mit der erforderlichen Geschwindigkeit und zu akzeptablen Kosten wiederholbar produziert werden können, ist der entscheidende Faktor für die Technologieeinführung.
Das Projekt SUPERPAN wird durch das spanische Programm für öffentlich-private Partnerschaften 2023 unterstützt, von der spanischen nationalen Forschungseinrichtung gefördert und von der Europäischen Union kofinanziert. Die Projektstruktur verbindet Materialentwicklung, Verfahrenstechnik und Produktionsautomatisierung, um die Kluft zwischen Forschungsergebnissen und industrieller Umsetzung zu verkleinern. Wenn die Technologie die Anforderungen der Industrie erfüllt, erhalten Hersteller eine Plattform für Verbundpaneele, die gleichzeitig Leichtbau, automatisierte Verarbeitung und verbesserte Recyclingfähigkeit am Ende der Lebensdauer bietet. Bis dahin müssen diese Paneele noch Langzeitbeständigkeit, Produktionskonsistenz und Gesamtkostenwettbewerbsfähigkeit nachweisen – das Ergebnis wird darüber entscheiden, ob SUPERPAN letztlich eine skalierbare Fertigungsoption oder eine vielversprechende Technologie im Forschungsstadium bleibt.
