WI-IN

Umsetzung einer integrativen Wickel-Spritzgieß Fertigungszelle zur ressourceneffizienten Herstellung hybrider Thermoplast-Hohlstrukturen

Im Rahmen des Verbundvorhabens WI-IN im Rahmen des Technologietransfer-Programms Leichtbau wurde unter Beteiligung des ILK u.a. gemeinsam mit dem ILK-Spin-off ANYBRID erstmals ein thermoplastischer Faserverbund-Demonstrator für eine hochbelastete Powertool-Anwendung entwickelt: eine Composite Hybrid Bohrkrone auf Basis von kohlenstofffaserverstärktem Polypropylen. Das Projekt adressierte dabei zwei eng verzahnte Innovationsfelder – die bauteilseitige Werkstoff- und Konstruktionsentwicklung sowie die prozesstechnische Integration einer neuartigen hybriden Fertigungskette.
Das ILK verantwortete die werkstoffliche Charakterisierung, die strukturmechanische Bauteilauslegung sowie die Entwicklung einer ganzheitlichen Lebenszyklusbewertung. Im Fokus stand dabei insbesondere die Auslegung der Übergangsschichten zwischen dem gewickelten Composite-Hohlkörper, der spritzgegossenen Funktionskomponente und dem metallischen Insert – ein konstruktiv anspruchsvolles Mulitmaterialsystem unter überlagerten dynamischen Lastbedingungen.
Die experimentelle Validierung des Demonstrators bestätigte die Erfüllung aller mechanischen Anforderungen. Darüber hinaus zeigte die Bohrkrone gegenüber der Stahlreferenz eine um mindestens 50 % reduzierte Verschleißrate sowie eine Gewichtsreduktion von 65–70 %. Die durchgeführte Lebenszyklusanalyse belegt eine CO₂-Reduktion von bis zu 40 % bei verlängerter Nutzungsdauer. Erstmals wurde zudem nachgewiesen, dass Produktionsabfälle aus dem Wickelprozess als Spritzgießmaterial im selben Bauteil rezykliert werden können – ohne Einbußen bei den mechanischen Eigenschaften.