Hochleistungs-Faserverbundwerkstoffe wie kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe (CFK) gelten als Schlüssel für ressourceneffiziente und nachhaltige Technologien. Sie ermöglichen hohe Festigkeiten bei geringem Gewicht – ein entscheidender Vorteil insbesondere in der Luft- und Raumfahrt. Konventionell werden CFK-Profile meist im Pultrusionsverfahren hergestellt. Dieses Verfahren ist jedoch mit hohen Werkzeugkosten verbunden und schränkt die Faserorientierung häufig auf die Ziehrichtung ein.

Im Projekt „Towpregrod“ hat das IFW gemeinsam mit der Schütze GmbH daher eine neuartige, werkzeuglose Prozesskette entwickelt. Sie ermöglicht die kontinuierliche Fertigung von CFK-Sandwichstäben aus vorimprägnierten Halbzeugen – mit deutlich größerer Gestaltungsfreiheit.

Prototyp-Aufbau erfolgreich in Betrieb

Nach der erfolgreichen Inbetriebnahme einer Pilotanlage im November 2024 wurde nun eine zweite, optimierte Anlage aufgebaut und erfolgreich in Betrieb genommen. Die vom IFW entwickelte multiorbitale Legeeinheit bildet dabei einen wesentlichen Prozessschritt innerhalb der Gesamtanlage ab: Zwei gegensinnig rotierende Orbitalträger mit jeweils bis zu zwölf Ablegeeinheiten bringen vorimprägnierte Faserbündel kontinuierlich und vollflächig auf. So lassen sich Stäbe mit Durchmessern von 15 bis 80 Millimetern sowie variablen Faserwinkeln zwischen 30° und 85° realisieren. In aktuellen Versuchsreihen konnten bereits erfolgreich mehrere Stabmuster gefertigt werden.

Effizienzsteigerung durch optimierte Materialnutzung

Neben der physischen Ablage stand die Maximierung der Stableistung im Fokus der Untersuchungen. Durch den Einsatz vorimprägnierter Materialien (Towpregs) konnte der Faservolumengehalt signifikant erhöht werden. In den abschließenden Versuchsreihen wurde eine Steigerung der Stabperformance um rund 20 Prozent gegenüber vorangegangenen Entwicklungsstadien erreicht.

Potenzial für Industrie und Luftfahrt

„Mit der Prototypenanlage haben wir gezeigt, dass eine leistungsfähige und zugleich flexible CFK-Fertigung technologisch umsetzbar ist – auch jenseits klassischer Großserien“, erklärt Projektmitarbeiter Marco Bogenschütz.

Die am IFW entwickelte Technologie eröffnet neue Perspektiven für die wirtschaftliche Herstellung von CFK-Leichtbaukomponenten – insbesondere auch in Kleinserien. Damit erweitert sie das Anwendungsspektrum in der Luft- und Raumfahrt sowie im Maschinenbau deutlich.

Das Projekt wurde im Rahmen des sechsten zivilen Luftfahrtforschungsprogramms (LuFo VI) vom BMWE gefördert. Das IFW dankt dem BMWE sowie der Schütze GmbH für die enge und erfolgreiche Zusammenarbeit.