Endlosrohrwickelanlage zur Herstellung von faserverstärkten Verbundrohren

Mit dem Konzept eines innovativen, effizienteren Verfahrens zur Entwicklung thermoplastischer Polymere aus einem Faser-Verbundstoff hat ein EU-finanziertes Projekt nicht nur Arbeitsplätze und neue wirtschaftliche Möglichkeiten geschaffen, sondern auch das Land Rheinland-Pfalz als europäisches Technologiezentrum positioniert.

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Im Rahmen des Projektes wurde ein Verfahren entwickelt, um Kunststoffrohre für Bau und Transport um eine oder mehrere Schichten faserverstärkten thermoplastischen Materials in einem kontinuierlichen Produktionsprozess zu verstärken. © AFPT GmbH Im Rahmen des Projektes wurde ein Verfahren entwickelt, um Kunststoffrohre für Bau und Transport um eine oder mehrere Schichten faserverstärkten thermoplastischen Materials in einem kontinuierlichen Produktionsprozess zu verstärken. © AFPT GmbH

" Unsere Forschung hat nicht nur ein grundlegendes Design für eine Mehrkopf-Wickelanlage, sondern auch den klaren Nachweis erbracht, dass das Verfahren technisch und wirtschaftlich möglich ist. "

Dr. Patrick Kölzer/Roel Baas

Trotz der vielen Vorteile der aus einem Faser-Verbundstoff hergestellten thermoplastischen Polymere kommen diese nur in begrenztem Umfang zum Einsatz. Um ihren Marktanteil zu steigern, hat die AFPT GmbH ein effizierenteres, kontinuierliches Verfahren zur Herstellung dieser Kunststoffrohre entwickelt. 

Die Vor- und Nachteile von thermoplastischen Verbundstoffen

Die Verwendung thermoplastischer Verbundstoffe hat in den letzten Jahren stark zugenommen. Nichts weist darauf hin, dass sich dieser Trend abschwächen könnte. Im Vergleich zu konventionellen metallischen Werkstoffen bieten faserverstärkte Verbundstoffe dem Nutzer mehrere eindeutige Vorteile. Folglich nutzen heutzutage fast alle Industriebereiche faserverstärkte Verbundstoffe. Sie bleiben das Material der Wahl für die Luftfahrtelektronik-Branche und die Automobilindustrie, die auf ihr geringes Gewicht und ihre hohe Steifigkeit setzen. 

Ein Verbundstoff von besonderem Interesse, der häufig verwendet wird, ist der Verbundstoff aus thermoplastischen Polymeren, die bedeutende Vorteile gegenüber traditionellen duroplastischen Polymeren bieten. Diese Produkte werden etwa gebrauchsfertig geliefert, ein Aushärten ist nicht erforderlich und Prüfringe können unmittelbar wiederverwendet werden. Darüber hinaus ist die Produktion sauber und umweltschonend. Die Produkte lassen sich am Ende ihres Lebenszyklus leicht wiederverwenden. 

Trotz dieser Vorteile kommen aus einem faserverstärkten Verbundstoff hergestellte thermoplastische Polymere nur in begrenztem Umfang zum Einsatz. Gäbe es Produktionsverfahren, die einen Ausstoß von 150 mm je Sekunde ermöglichten, der notwendig zur Produktion von Querbalken und Gelenkwellen aus Verbundstoff ist, würden erheblich mehr Verbundstoffe bei der Herstellung verwendet. Eine solche verstärkte Nutzung hätte weitere Vorteile für die Gesellschaft, denn Verbundstoffe sind energieeffizienter als konventionelle Systeme, die Infrarotwärme nutzen. 

Ein neues Verfahren

Ziel des Projekts war, ein Verfahren zu entwickeln, um Kunststoffrohre für Bau und Transport um eine oder mehrere Schichten faserverstärkter thermoplastischer Materialien in einem kontinuierlichen Produktionsverfahren zu verstärken. Das Projekt baut auf die ursprünglich von AFPT, dem einzigen und federführenden Projektpartner, entwickelte lasergestützte Technologie auf, die zur Verarbeitung thermoplastischer Komponenten genutzt wird. 

Um dies zu erreichen, begann das Projekt mit dem Entwurf verschiedener Lösungen zu einer Reihe technischer und wirtschaftlicher Anforderungen. Dies führte zu einigen Entwürfen für eine nicht kontinuierliche, halbkontinuierliche oder kontinuierliche Produktion verstärkter Kunststoffrohre. Das Team wählte dann drei Konzepte für eine kontinuierliche Produktion zur weiteren Erarbeitung und Bewertung aus.

Dann bauten die Ingenieure einen Tape-Kopf für die Montage auf eine Mehrkopf-Wickelanlage, darunter alle für die Tape-Führung und Erwärmung notwendigen Subsysteme. Als dieses Verfahren entwickelt wurde, fanden fortwährend Vortests statt. Falls nötig, wurden Anpassungen vorgenommen. Obwohl zu Beginn des Projekts die Errichtung einer vollständigen Testanlage vorgesehen war, haben die Forscher stattdessen aus Kostengründen einen Prüfstand für die Bewertung aller entwickelten Verfahren und technischen Lösungen erstellt. 

Mit diesem Prüfstand wurden Produktionstests in Originalgröße durchgeführt. Anhand dieser Ergebnisse konnten die Forscher nachweisen, dass eine kontinuierliche Verstärkung der Rohre technisch möglich und, vielleicht noch wichtiger, rentabel ist. 

Mehr Arbeitsplätze, weitere Chancen 

Nun, da der Produktionsvorgang voll umgesetzt wird, stammt 50% des Jahresumsatzes von APFT aus kontinuierlich verstärkten Rohren. Seit 2012 hat AFPT seine Belegschaft um mehr als 20 Mitarbeiter verstärkt, von denen mehr als 50% hochqualifizierte Ingenieure sind. Dies alles hat dem Land Rheinland-Pfalz einen unmittelbaren Vorteil verschafft und es als aufstrebendes Technologiezentrum positioniert. Darüber hinaus haben die eigentlichen Projekte mit der Endlosrohrwickelanlage direkten Umsatz bei den Hochtechnologie-Lieferanten von AFPT für Laser, Antriebselemente und Gehäuse generiert, nicht nur in Deutschland, sondern in ganz Europa. 

Gesamtinvestition und EU-Finanzierung

Die Gesamtinvestition für das Projekt „Endlosrohrwickelanlage zur Herstellung von thermoplastischen Verbundrohren“ beläuft sich auf 784 600 EUR, an der sich der Europäische Fonds für regionale Entwicklung im Rahmen des operationellen Programms für Rheinland-Pfalz mit 392 300 EUR für den Programmplanungszeitraum 2007-2013 beteiligt.

 

Datum des Entwurfs

28/08/2017