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 öffnet 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 heimischen Backen: »Wie ein Kuchen werden die Bauteile von außen nach innen gebacken bzw. gehärtet. Dabei können jedoch 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. »Wir verwenden einen Mikrowellenofen, in den Bauteile mit bis zu einem Meter Breite und Höhe passen, sowie eine Durchlaufmikrowelle für bandförmige Materialien«, so Dreyer.

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. »Wir entwickeln Materialien und Härtungsprozesse, die auf die jeweilige Anwendung zugeschnitten werden. Während konventionelle Mikrowellen nur bei einer Frequenz arbeiten, verfügt unsere 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 kooperieren wir bereits in der Forschergruppe ›Thermosets im Leichtbau‹. Hier können angehende Ingenieure praktische Erfahrungen sammeln«, so Dreyer.

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.

Popcorn aus der Mikrowelle

Zur zweiten Langen Nacht der Wirtschaft bietet das Fraunhofer IAP großen und kleinen Besuchern die Möglichkeit, von 17 bis 23 Uhr Einblicke in die Herstellung von Leichtbaukunststoffen zu erhalten. Eine schmackhafte Vorführung der Mikrowellentechnik gibt es in Form von frisch zubereitetem Popcorn.

Anschrift:

Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP
Forschungsbereich Polymermaterialien und Composite PYCO | Technikum 2

Schmiedestraße 5 | 15745 Wildau

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Foto: Großtechnische Mikrowelle im Wildauer Technikum für Leichtbaumaterialien des Fraunhofer IAP / PYCO. © Wirtschaftsförderungsgesellschaft Dahme-Spreewald, Fotograf Michael Setzpfandt

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Das Fraunhofer IAP

Das Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP in Potsdam-Golm ist spezialisiert auf Forschung und Entwicklung von Polymeranwendungen. Es unterstützt Unternehmen und Partner bei der maßgeschneiderten Entwicklung und Optimierung von innovativen und nachhaltigen Materialien, Prozesshilfsmitteln und Verfahren. Neben der umweltschonenden, wirtschaftlichen Herstellung und Verarbeitung von Polymeren im Labor- und Pilotanlagenmaßstab bietet das Institut auch die Charakterisierung von Polymeren an. Synthetische Polymere auf Erdölbasis stehen ebenso im Fokus der Arbeiten wie Biopolymere und biobasierte Polymere aus nachwachsenden Rohstoffen.

Die Anwendungsfelder sind vielfältig: Sie reichen von Biotechnologie, Medizin, Pharmazie und Kosmetik über Elektronik und Optik bis hin zu Anwendungen in der Verpackungs-, Umwelt- und Abwassertechnik oder der Automobil-, Papier-, Bau- und Lackindustrie. | Leitung: Prof. Dr. Alexander Böker