Makro-Mikrowelle macht Leichtbau für Luft- und Raumfahrt effizienter

Großtechnische Mikrowellen für die Herstellung carbonfaserverstärkter Kunststoffbauteile sind zwei der Herzstücke des Technikums des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Polymerforschung IAP in Wildau. Hier öffnete der IAP-Forschungsbereich Polymermaterialien und Composite PYCO am 23. Juni 2017 seine Türen zur Langen Nacht der Wirtschaft des Landkreises Dahme-Spreewald.

Carbonfaserverstärkte Kunststoffe (CFK) haben aufgrund ihres geringen Gewichtes eine stetig wachsende Bedeutung für die Luft- und Raumfahrt. Im Airbus A350 ersetzen sie bereits maßgeblich das klassische Flugzeugmaterial Aluminium. Bisher ist Aluminium deutlich günstiger und die Herstellungsverfahren für Bauteile sind etabliert. Um CFK künftig noch häufiger als Leichtbaumaterialien einsetzen zu können, muss die Herstellung der Bauteile kostengünstiger und effizienter werden.

Fließband in der Mikrowelle: Effizient und flexibel

Die Forscher des Fraunhofer IAP setzen auf das Aushärtungsverfahren. Bisher wurden die Leichtbaumaterialien in Öfen gehärtet. PYCO-Leiter Dr. Christian Dreyer vergleicht dies mit dem Backenbacken: Die Bauteile werden von außen nach innen gebacken bzw. gehärtet. Dabei können Materialrisse entstehen, die das Bauteil unbrauchbar machen. Im Forschungsbereich PYCO wird die materialschonendere Mikrowellentechnologie eingesetzt. Denn Mikrowellen erhitzen nur das Bauteil und nicht die Umgebung. Das spart Energiekosten. Zudem erfolgt das Aufheizen nicht nur über die Oberfläche, sondern auch innerhalb des Volumens des Bauteils. Die Forscher verwenden einen Mikrowellenofen, in den Bauteile mit bis zu einem Meter Breite und Höhe passen, sowie eine Durchlaufmikrowelle für bandförmige Materialien.

Für bestimmte Anwendungen, z.B. Trocknungsprozesse, ist die Mikrowellentechnologie bereits in der Industrie etabliert. Allerdings handelt es sich meist um maßgeschneiderte Anlagen, die nur an einen einzelnen Prozess angepasst sind. Am IAP werden Materialien und Härtungsprozesse entwickelt, die auf die jeweilige Anwendung zugeschnitten sind. Während konventionelle Mikrowellen nur bei einer Frequenz arbeiten, verfügt die Durchlaufmikrowelle über zwei Frequenzen. Diese können einzeln oder in Kombination eingesetzt werden und ermöglichen somit die Variation der Eindringtiefe.

Ein weiterer Vorteil der Durchlaufmikrowelle ist, dass sie hinter die modular aufgebaute horizontale Imprägnieranlage geschaltet werden kann. Diese Variabilität ist besonders für Industriepartner interessant, die hier Tests durchführen lassen möchten.

Luft- und Raumfahrtunternehmen sowie Universitäten in der Nachbarschaft

Innovative Luft- und Raumfahrtunternehmen sowie die Technische Hochschule Wildau sind in direkter Nachbarschaft zum PYCO-Technikum angesiedelt. Sie können von den Forschungsleistungen des Fraunhofer IAP profitieren: Mit der TH Wildau kooperiert das IAP bereits in der Forschergruppe Thermosets im Leichtbau. Hier können angehende Ingenieure praktische Erfahrungen sammeln.

Zudem fördert das Land Brandenburg das »Kompetenzzentrum für energie- und ressourceneffizienten Leichtbau in der Region Berlin-Brandenburg« mit Mitteln des europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE). Unter der Federführung des Fraunhofer IAP / PYCO werden gemeinsam mit der Brandenburgischen Technischen Universität Cottbus – Senftenberg, der TH Wildau und der Hochschule für nachhaltige Entwicklung Eberswalde sowie Experten aus Industrieunternehmen der Region Forschungsprojekte zum Thema Leichtbau durchgeführt, um die Wirtschaft in der Region nachhaltig zu unterstützen.

http://www.iap.fraunhofer.de/