Internationale AVK-Tagung 2009

Laut Bericht wird das Produktionsvolumen des europäischen Marktes für Composites bis Ende 2009 voraussichtlich um rd. ein Drittel niedriger sein als 2007. Der Markt ist aber sehr heterogen und somit sind nicht alle Segmente in gleicher Weise betroffen. Die Unternehmen unterscheiden sich in den Verarbeitungsverfahren, in der Größe und Struktur sowie hinsichtlich der industriellen Anwendungen.

Es wurden die Produktionsmengen für 2008 erfasst sowie eine Einschätzung für 2009 mit einbezogen. Die Erfassung beruht auf dem dominierenden Verstärkungsmaterial, den glasfaserverstärkten Kunststoffen (GFK), die noch immer in über 90% der Composites in Europa eingesetzt werden.

Gesamtentwicklung GFK-Produktion

Die Produktionsmenge der GFK 2009 ist in Europa mit 815kt um rd. ein Drittel gegenüber dem Volumen von 2007 geschrumpft (Tab.1). Trotz der differenzierten Darstellung der einzelnen Jahre empfiehlt es sich, den Dreijahreszeitraum zu betrachten. Die Angaben der Erzeuger von Rohstoffen im Composites-Markt (hier: Harze und Glasfasern), auf denen die Datenerfassung im Wesentlichen beruht, weichen nämlich teilweise bei der Betrachtung kürzerer Zeiträume von den tatsächlich verarbeiteten Mengen in dieser Zeit ab. Insbesondere zu Beginn der Wirtschafts- und Finanzkrise (2008) hat der Abbau von Lagervorräten in den Unternehmen dazu geführt, dass der Einbruch des Rohstoffabsatzes zunächst größer war als der Rückgang der Composites-Produktion. Ein etwas höherer Produktionsrückgang gegenüber den Einbußen der gesamten europäischen Kunststoffproduktion in 2008 ist vor allem auf den niedrigeren Anteil von Composites im Konsumwarengeschäft, welches nicht so deutlich eingebrochen ist wie das Industriegeschäft, zurückzuführen. Wegen dieser Rückgänge ist das in vielen Unternehmen vorherrschende Thema die Liquiditätssicherung bzw. das „Cash Management“. Vorräte werden nicht wieder aufgebaut, Geschäftszyklen sind verkürzt worden.

Bei den Preisen zeigt sich ebenfalls ein differenziertes Bild: Für die Verarbeiter waren die Preise der eingesetzten Rohstoffe im Jahr 2009 gegenüber den Vorjahren relativ stabil. Allerdings kommen bei den vorhandenen Überkapazitäten in einzelnen Marktsegmenten die eigenen Verkaufspreise unter Druck.

	2009* kt	2009/08*	2008 kt	2008/07 %	2007 kt
SMC	160	-23,8	210	-7,1	226
BMC	56	-20	70	-10,3	78
Total SMC/BMC	216	-22,9	280	-7,9	304
Hand lay-up	123	-39,1	202	-17,2	244
Spray-up	74	-28,2	103	-16,9	124
Total open mould	197	-35,4	305	-17,1	368
RTM	94	-11,3	106	-13,1	122
Sheets	56	-18,8	69	-21,6	88
Pultrusion	39	-15,2	46	-8	50
Total continous processing	95	-15,7	115	-16,7	138
Filament winding	69	-12,7	79	-1,3	80
Centrifugal casting	55	-11,3	62	-6,1	66
Total pipes and tanks	124	-12,1	141	-3,4	146
GMT/LFT	75	-21,1	95	-4,0	99
Others	14	-12,5	16	-11,1	18
Total	815	-23,0	1058	-11,5	1195

Tab.1: GFK-Produktionsmengen in Europa nach Verfahren/Teilen (2009* = geschätzt)

Entwicklungen von Verfahren/Teilen

Die Nachfrage nach und die Produktion von duroplastischen SMC- (Sheet Moulding Compound) und BMC- (Bulk Moulding Compound) Teilen ist durch die Marktentwicklungen der Hauptanwendungsgebiete Automobil und Elektronik/Elektro stark gesunken. Rückgänge der Fahrzeugproduktion von teilweise über 50% und mehr (Lkw-Sparte), führen zu einer strukturellen Neuausrichtung in diesem Marktsegment. Am relativ stärksten von der Marktentwicklung sind die Verarbeiter der offenen Verfahren Handlaminieren und Faserspritzen betroffen. Hier ist der Anteil an der gesamten Composites-Produktion von fast einem Drittel auf unter ein Viertel gefallen.

Die Produktion von den mit geschlossenen RTM- (Resin Transfer Moulding) Verfahren hergestellten Teilen ist geringer eingebrochen. Das lässt sich durch die kontinuierliche Substitution offener Verfahren bei großflächigen Kleinserienbauteilen erklären. Bei den sogenannten kontinuierlichen Verfahren behauptet sich der Markt für pultrudierte GFK-Profile relativ gut. Dafür sind besonders einzelne neue Infrastrukturprojekte verantwortlich. Der teilweise öffentlich finanzierte Baubereich und neue Absatzgebiete vor allem im osteuropäischen Raum haben auch für den GFK-Rohrleitungsbau und Tankbau zu einem nur relativ schwachen Rückgang geführt. Thermoplastische Formmassen und Halbzeuge sind wie andere Verfahren hingegen vor allem von der Entwicklung des Automobilbereichs abhängig und haben entsprechende Rückgänge zu verzeichnen.

Trotz der unterschiedlichen Entwicklung der Verarbeitungsverfahren ist in der Summe kaum eine Veränderung des Anteils der einzelnen Anwendungsindustrien gegenüber den Vorjahren zu verzeichnen. Leichte Verschiebungen haben sich vom Transport- zum Bausektor ergeben. Die großen Player im europäischen Markt sind weiterhin Spanien, Italien, Deutschland, Großbritannien und Frankreich, deren Anteil an der Gesamtmenge von etwa zwei Drittel auf fast drei Viertel gewachsen ist.

Naturfaser- und kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe

Immer noch werden in über 90% der Composites in Europa Glasfasern als Verstärkungsmaterial eingesetzt. Spezifische Eigenschaften von Kohlenstofffasern und Naturfasern bieten aber grundsätzlich die gleichen Zukunftsperspektiven. Die Wahl für das „beste“ Material hängt neben dem Preis von Kriterien wie Festigkeit, Steifigkeit, Schwingfestigkeit, Korrosionsbeständigkeit oder Bruchdehnung ab. Als positive Entwicklung werden die Verfügbarkeit dieser Fasern am Markt und neue Anwendungsmöglichkeiten gesehen. Mit Naturfasern lassen sich für bestimmte Anwendungen Gewichtseinsparungen gegenüber Glas realisieren. Die demgegenüber stehenden Nachteile, bei Kohlenstofffaser z.B. die Bruchdehnung, bei Naturfasern z.B. die Feuchtigkeitsaufnahme, sind individuell abzuwägen.

Ausblick

Das Produktionsvolumen im GFK-Markt wird voraussichtlich erst 2013/2014 wieder das Niveau der Jahre 2007 bzw. 2008 erreicht haben, so der Bericht. Das deckt sich mit der generellen Einschätzung der Entwicklung der Kunststoffindustrie in den nächsten Jahren. Unterschiedliche Maßnahmen zur Begegnung der Krise haben die Anpassung der Beschäftigungsstruktur in den Unternehmen an die Produktions- bzw. Auftragslage noch verhindert bzw. zeitlich verzögert. Für 2010 ist in vielen europäischen Ländern mit einem Personalabbau zu rechnen (z.B. in Deutschland nach Auslaufen der staatlich geförderten Kurzarbeitmaßnahmen). Geschäftsklimabefragungen übergeordneter Wirtschaftsverbände zeigen aber positive Entwicklungen. Diese treffen auch auf die Composites-Industrie zu. Die Einschätzung vieler Manager ist, dass die „Talsohle“ erreicht ist.

Die drei prioritären Herausforderungen, denen sich die Composites-Industrie stellen muss, sind:

1. Image und Bekanntheit der Werkstoffe

Die Vorteilhaftigkeit der Materialien und Werkstoffe ist in weiten Teilen der Anwendungsindustrien noch immer nicht bekannt. Gegenüber „herkömmlichen“ Materialien wie z.B. Stahl ist der Industriezweig noch relativ jung und das Marketing ausbaufähig. Es fehlen Informationen schon während der (Ingenieurs-) Ausbildung ebenso wie eine Aufklärung der Endkunden bzw. Konsumenten über Einsatzgebiete und Produkte, die Composites-Bauteile enthalten.

2. Innovationen

Neben der Substitution anderer Werkstoffe haben Composites ein enormes und nicht ausgeschöpftes Potenzial für neue Produkte und neue Anwendungen in bestehenden und auch in neuen Märkten. Die kontinuierliche Beobachtung von Trends und Zukunftsmärkten muss ebenso ausgebaut werden, wie das systematische Innovationsmanagement in den Unternehmen.

3. Nachhaltigkeit

Composites haben über den gesamten Produktlebenszyklus betrachtet häufig bzw. meistens Vorteile gegenüber Konkurrenzprodukten was eine „gesamtheitliche“ Nachhaltigkeit betrifft. Wenn eine vergleichende und instrumentell stimmige Betrachtung gleichermaßen von Ökologie, Ökonomie und sozialen Auswirkungen vorgenommen wird, haben Composites in vielen Fällen „die Nase vorn“.

AVK-Innovationspreise 2009

Bei der Verleihung der AVK-Innovationspreise 2009 wurden fünf Preisträger in vier Kategorien ausgezeichnet. In der Kategorie Industrie teilen sich die VolkswagenAG und die TUDresden für die Entwicklung „Thermoplastischer Hybridstrukturen“ den ersten Platz mit der BMWGroup für einen Kunststoff-Getriebequerträger. Im Bereich Umwelt gewann DSM mit der Entwicklung des „Nachhaltigsten Luftfrachtcontainers der Welt“ und den Hochschulpreis erhielt das Institut für Kunststoffverarbeitung(IKV) an der RWTH Aachen für ein Spaltimprägnierverfahren zur schnelleren Bauteilfertigung. Ein Sonderpreis wurde für das Freizeitfahrzeug SplashCar an die cpm composite products mücke vergeben.

Kategorie Industrie I:
VW AG und Institut für Leichtbau und Kunststofftechnik-TU Dresden: Thermoplastische Hybridstrukturen am Beispiel einer Kunststoff-Sitzschale mit örtlicher Endlosfaser-Verstärkung

Erster Preisträger im Bereich Industrie sind die Volkswagen AG und das Institut für Leichtbau und Kunststofftechnik – Technische Universität Dresden. Sie erhalten den Preis für die Entwicklung „Thermoplastischer Hybridstrukturen“. Das sind Strukturbauteile aus Kunststoff, die in den stark beanspruchten Bereichen mit örtlichen, textilen Inserts verstärkt werden. Dank dieser Mischbauweise können hoch belastete, metallische Strukturbauteile durch leichtere Kunststoffbauteile ersetzen werden.
Die neu entwickelte VW-Sitzschale wurde mit einer Fertigungsvariante hergestellt, die das wirtschaftliche Pressen von Langfaserverstärkten Thermoplasten mit neuartigen endlosfaserverstärkten Inserts kombiniert. Die Schale erfüllt die mechanischen Lastenheftanforderungen und ermöglicht eine Gewichtsreduktion von 45% gegenüber konventionellen Sitzschalen in Stahlbauweise.

Die VW AG erhält für diese Entwicklung gemeinsam mit dem Institut für Leichtbau und Kunststofftechnik - Technische Universität Dresden den Industrie-Preis, weil sie bewiesen hat, dass ein crash-belastetes, metallisches Bauteil im Automobil auch mit thermoplastischen Faserverbundwerkstoffen wirtschaftlich in Großserie hergestellt werden kann.

Kategorie Industrie II:
BMW Group: Kunststoff-Getriebequerträger

Einen weiteren 1. Preis in der Kategorie Industrie vergibt die AVK an die BMW Group für die Entwicklung eines neuartigen Kunststoff-Getriebequerträgers. Dies ist ein Strukturbauteil zur Aggregatelagerung, das im Spritzgussverfahren hergestellt wird.

Neben der Funktion als Getriebelager trägt der Kunststoff-Getriebequerträger zur Gesamtfahrzeug-Steifigkeit bei, nimmt im Crash-Fall Kräfte auf und dient dabei zur Kraftübertragung.

BMW hat untersucht, ob der Getriebequerträger aus glasfaserverstärktem Kunststoff hergestellt werden kann, um Gewicht zu reduzieren. Neben Versuchen an Komponenten-Prüfständen hat BMW Bauteilprüfungen am Gesamtfahrzeug, wie z. B. Gesamtfahrzeugcrash, dynamische Korrosionsprüfung sowie eine Dauererprobung erfolgreich abgeschlossen. Die Akustik wurde durch geometrische Änderungen verbessert.

Bauraum und Befestigungskonzept sind identisch mit dem bisher eingesetzten Aluminium-Druckguss-Bauteil. Wesentliche Punkte in der Entwicklung waren Gewichtsreduzierung (ca. 1 kg), mechanische Eigenschaften bei hohen Temperaturen, günstiges akustisches Verhalten und die Integration in den bestehenden Bauraum.

Der Kunststoff-Getriebequerträger ist beim neuen 5er GT bereits im Serieneinsatz. In weiteren Fahrzeugen ist die Verwendung geplant.

Kategorie Umwelt:
DSM Dyneema B.V. und DSM Composite Resins AG (in Zusammenarbeit mit DoKaSch GmbH): Nachhaltigster Luftfrachtcontainer der Welt

In der Kategorie Umwelt zeichnet die AVK die Firma DSM mit ihren Geschäftsbereichen Dyneema und Composite Resins aus, die gemeinsam mit der DoKaSch GmbH den nachhaltigsten Luftfrachtcontainer der Welt entwickelte. Er besteht aus farbigen RP10 Kompositpanelen.

Der Container wurde 2008 als Type AKE (LD3) durch die Luftfahrtbehörde EASA flugtauglich zertifiziert und 2009 durch DoKaSch zum vollen kommerziellen Einsatz gebracht. 2009 wurden zudem die Containertypen AKE und AKH (beide „Lower Deck“) - ebenfalls mit RP10 Panelen - zugelassen. Bereits einige hundert dieser nachhaltigen Container sind bei bekannten Airlines im globalen Flugeinsatz.

Die RP10 Kompositpanele dienen 1:1 dem Aluminiumpanel-Ersatz. Im Vergleich mit Aluminium sparen sie bis zu 50 % Panelgewicht und damit signifikant Flugbrandstoff und CO2-Emissionen. Das Kompositpanel ist bei halbem Gewicht dreimal schadenstoleranter als Aluminium. Das senkt Containerreparaturen um über 50 %, womit die Flugeinsatzeffizienz erheblich ansteigt.

Die Massenherstellung erfolgt energieeffizient auf kostengünstigen Laminier-Maschinen der Automobilzulieferbranche. Durch den Verzicht auf eine Kompositpresse hat DSM die Herstellungskosten im Verlauf der Entwicklung um 60 % gesenkt. Damit erreichte der Container einen wettbewerbsfähigen Marktpreis im Vergleich mit dem klassischen Aluminiumpanel. Er ist obendrein der einzige Luftfrachtcontainer der Welt, der farbig angeboten wird. Er wird individualisiert in allen Farben der Airlines gefertigt, womit erstmals die Containeroberfläche für das aktive Luftfrachtmarketing genutzt wird.

Kategorie Hochschule:
Kai Fischer, Institut für Kunststoffverarbeitung an der RWTH Aachen (IKV): Untersuchungen zur automatisierten und großserientauglichen Fertigung endlosfaserverstärkter Kunststoffbauteile mithilfe des Spaltimprägnierverfahrens

Sieger in dieser Kategorie wird Kai Fischer vom IKV an der RWTH Aachen. Er entwickelte das Spaltimprägnierverfahren zur schnelleren Bauteilfertigung.
Das Spaltimprägnierverfahren ist eine Variante des etablierten Harzinjektionsverfahrens (Resin Transfer Moulding, RTM).
Zur Realisierung eines automatisierten Fertigungsprozesses wurde eine Spaltimprägnier­anlage in Kooperation mit der Firma Hille Engineering (Aachen) entwickelt und im Technikum des IKV installiert. Die Spaltimprägnieranlage ermöglicht in Kombination mit einem vollständig neu entwickelten Formwerkzeug einen komplett automatisierten Prozessablauf. Für die Bauteilfertigung wird ein Preform in ein Formwerk­zeug eingelegt, mit einem flüssigen Harz imprägniert und anschließend ausgehärtet. Innovativ ist die schnelle Imprägnierung durch Erzeugung eines temporär­en Fließspalts und die anschließende Kompression des imprägnierten Pre­forms mit einer Walkbewegung.

Durch die Entwicklung einer automatisierten Spalt­imprägnieranlage in Kombination mit einer Analyse des Fertigungsprozesses konnten am IKV Bauteile (500x500mm2) mit Faservolumengehalten von 50% in nur 19 Sekunden imprägniert und komprimiert werden. Durch die schnelle Imprägnierung und Kompression lassen sich Zykluszeiten von weniger als zehnMinuten realisieren. Das Verfahren kann unter anderem im Automobilbau oder in der Luft- und Raumfahrt angewendet werden.

Kategorie Sonderpreis:
cpm composite products mücke: Splash Car – innovatives Freizeitfahrzeug

Ein Innovations-Sonderpreis wird in diesem Jahr an die cpm für die Entwicklung eines ganz besonderen Fahrzeuges verliehen.
Das auffällige, geländegängige und schwimmfähige Elektrofahrzeug SplashCar vereint konsequenten Leichtbau und hocheffizienten Elektroantrieb mit zukunftsweisender Batterietechnik.

Wesentliche Komponente des Fahrzeugs ist die leichte Wanne aus Faser-Kunststoffverbund mit Hartschaumkern. Integriert ist ein hocheffizienter Elektroantrieb mit 4 kW Antriebsleistung. Lithium-Polymer-Batterietechnologie sorgt für eine Fahrzeit bis zu einer Stunde bei voller Nutzung der Höchstgeschwindigkeit bis 40 km/h und maximaler Antriebsleistung. Bei niedrigerer Belastung und unterbrochenem Fahrbetrieb steigt die Gesamtfahrzeit.

Komfort und schonenden Betrieb im Gelände verwirklichen die groß dimensionierten Ballonreifen der Größe 550 x 240 mm. Gesteuert wird SplashCar über einen Joystick. Um Kurven bewegt sich SplashCar lediglich durch unterschiedliche Geschwindigkeiten der Räder. SplashCar ermöglicht somit rasante Geraden ebenso wie engste Kurven bis zum Drehen auf der Stelle. Seine besonderen Reize hat SplashCar in abwechslungsreichem Gelände, wie in stillgelegten Sandgruben.

Es besticht mit wirtschaftlichem Betrieb – eine Fahrstunde kostet bei haushaltsüblichen Strompreisen nur etwa 80 Cent. Zudem schont dieser Fahrspaß – im Unterschied zu ähnlichen Fahrzeugen wie Kleinmotorrädern, Karts oder Mini-Quads – die Umwelt und die Mitmenschen mit seinem nahezu lautlosen und völlig abgasfreien Betrieb. Zudem schont das kleine, mit Fahrer weniger als 200 kg leichte Fahrzeug in Verbindung mit den Ballonreifen die überfahrenen Flächen. So dürfte SplashCar künftig auch für Naturfotografen, Hobby-Naturbeobachter und Ranger in Naturparks eine echte Alternative zu anderen Fahrzeugen bilden. Zum Fahrzeug gehört unter anderem eine Solar-Ladestation für die Batterie.