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Forscher der TH Köln haben ein neues Imprägnierungsverfahren entwickelt, das Zeit und Kosten spart und umweltfreundlicher ist. Solche Verfahren kommen bei der Herstellung von Bauteilen zum Einsatz, die in vielen Bereichen wichtig sind, etwa für Windkraftanlagen oder in der Elektromobilität.
Verbessertes Wickelverfahren
Im Leichtbau spielen Verbundwerkstoffe eine große Rolle, beispielsweise im Flugzeugbau oder bei der Herstellung von Windrädern. Die Kölner Forscher haben das sogenannte Wickelverfahren verbessert, bei dem Bündel von Glas- und Kohlenstofffasern (Rovings) mit einem Epoxidharz getränkt werden. Eine sich drehende Imprägnierwalze befördert das Harz aus einem Bad auf die Bündel. Durch diese Imprägnierung erhalten die Fasern die gewünschte Festigkeit. Über dieses Verfahren lassen sich aus den Rovings rotationssymmetrische Bauteile herstellen, etwa Drucktanks und Antriebswellen.
Schnellere Herstellung und geringerer Kunststoffverbrauch
Zusammen mit der Röttger GmbH hat die TU Köln ein Werkzeugsystem entwickelt, welches das Wickelverfahren beschleunigt. Im ersten Schritt macht ein Ultraschallfaserspreizer die Fasern sehr flach. Das geschieht über ultraschallangeregte Spreizstangen, die senkrecht zur Faserrichtung schwingen und die Rovings wie auf einem Rütteltisch besonders stark spreizen. Anschließend werden sie durch das Imprägnierwerkzeug geführt, das aus einer Ober- und Unterschale besteht. Es durchtränkt die Bündel gleichmäßig von oben und unten mit Epoxidharz. Dabei lassen sich dank der sinusartigen Struktur der Ober- und Unterschale zwölf Rovings gleichzeitig verarbeiten.
Die Kombination dieser beiden Werkzeuge erhöht die Geschwindigkeit: Während aktuelle Imprägnierwerkzeuge eine Verarbeitungsgeschwindigkeit von etwa einem Meter pro Sekunde haben, schafft das neue System 1,6 Meter bis zwei Meter pro Sekunde. Den Forschern zufolge spart dies bei sehr großen Bauteilen acht bis zehn Stunden Anlagenzeit ein. Hinzu kommt ein leichteres Handling und ein geringerer Kunststoffverbrauch, wodurch das System auch umweltfreundlicher ist: Es sind 80 Prozent weniger Imprägnierstoffe im Werkzeug nötig. Die neue Wickelanlage soll bei allen künftigen Projekten der TH Köln zum Einsatz kommen, bei denen Wickelstrukturen nötig sind.
Imprägnierung bei elektrischen Antrieben
Bei der Herstellung von Elektroautos ist die Imprägnierung ebenfalls ein wesentlicher Fertigungsschritt. Imprägnieranlagen vom Hersteller kommen beispielsweise bei der Herstellung von Elektromotoren zum Einsatz. Die Harzimprägnierung der Wicklungen und Kupferdrähte im Motor verbessert die Isolierung, verhindert Vibrationen, macht sie widerstandsfähiger gegen Belastungen und erhöht die Wärmeleitfähigkeit. Die Imprägnierung steigert somit die Lebensdauer der Elektromotoren und ihre Umweltbilanz.
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